Устройство для стерилизации жидкости

 

Изобретение относится к оборудованию для стерилизации жидкостей, в частности воды, и может быть использовано в пищевой, медицинской, фармацевтической и др. промышленностях. Устройство содержит камеру, внутри которой установлен ротор, расположенный на валу, ротор приводится в движение электродвигателем с помощью передачи, полый конец вала, служащий входом для жидкости, соединен с трубопроводом с помощью крана, трубы жестко соединены с валом по периметру отверстий, выполненных в нижней части полого конца вала, и предпочтительно под углом к оси ротора, трубы выполнены в виде спиралевидной петли, которая закреплена в прорезях диска на его периферийной части, при этом диск жестко закреплен на валу, а выход из труб жидкости выполнен в виде сопел, в нижней части камеры расположено отверстие для удаления из камеры стерилизованной жидкости и отверстие для слива жидкости при ее критическом уровне в камере. Технический результат состоит в повышении степени стерилизации жидкости; снижении энергоемкости, повышении производительности. 5 з.п.ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Предлагаемое устройство относится к оборудованию для стерилизации жидкостей, в частности воды, и может быть использовано в пищевой, медицинской, фармацевтической и других промышленностях.

Известны различные устройства для стерилизации жидкостей.

Одни из них - диссипативные стерилизаторы [1, 2], которые используются для стерилизации текучих сред при их сдвиговом деформировании.

Однако данные устройства сложны по конструкции, а кроме того, не позволяют достигать высокой надежности стерилизации за счет наличия в стерилизуемой жидкой среды застойных зон.

Известно также устройство, используемое для реализации известного способа стерилизации жидких сред [3].

Известное устройство содержит входной патрубок, через который жидкость поступает в корпус, в котором установлены ротор, выполненный в виде ступеней и расположенный на валу, и статор.

Данное устройство позволяет осуществлять эффективную стерилизацию жидких сред, но оно сложно в исполнении и работает при повышенной температуре, что влияет на содержание в стерилизуемой жидкости биологически активных веществ (БАВ).

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому устройству является известное устройство, которое используется в известном способе для непрерывной стерилизации текучего пищевого продукта, которое авторами выбрано в качестве прототипа.

Известное устройство содержит ротор с проходящим насквозь него валом, проводимым в движение электродвигателем, в роторе размещены трубы для текучего продукта. Трубы имеют осевой вход и осевой выход и размещены в виде петель по периферии ротора [4].

Использование предлагаемого устройства позволяет осуществлять стерилизацию жидкости за счет перепада давления, возникающего в жидкости под действием центробежных сил. Однако достичь эффективной стерилизации жидкости в данном устройстве не представляется возможным. Данные по содержанию микроорганизмов в простерилизованных образцах различных жидкостей с использованием данного устройства приведены в таблице.

Кроме того, данное устройство является энергоемким.

Технической задачей предлагаемого устройства является повышение степени стерилизации жидкости и снижение его энергоемкости, а кроме того, расширение арсенала стерилизаторов для жидкостей, в частности центробежных.

Поставленная задача решается устройством для стерилизации жидкости, содержащим расположенный на валу ротор, электродвигатель, приводящий в движение ротор, трубы для жидкости, выполненные в виде петли, которые размещены в роторе и имеют выход и осевой вход, согласно изобретению ротор установлен в камере, вал ротора в верхней его части выполнен полым, полый конец его присоединен к трубопроводу и служит входом для жидкости, трубы жестко соединены с валом попарно по периметру отверстий, расположенных в нижней части его полого конца, и выполнены в виде спиралевидной петли, которая закреплена в прорезях диска, жестко соединенного с валом, при этом выходы из труб выполнены в виде сопел.

Предпочтительно ротор установлен вертикально.

Предпочтительно камера выполнена в виде полого цилиндра, соединенного по периметру его оснований с большими полыми торцами двух конусов, имеющих закрытые противоположные торцы, в которых выполнены отверстия для установки ротора, при этом торец нижнего конуса с цилиндром соединен жестко.

Предпочтительно в нижней части камеры выполнено отверстие для удаления простерилизованной жидкости и второе отверстие для предупреждения повышения уровня жидкости выше критического.

Предпочтительно, что сопла расположены вдоль касательной к окружности, которую описывает максимально удаленная от оси точка ротора.

Предпочтительно трубы расположены симметрично относительно оси вращения ротора и под углом к ней. То, что ротор установлен в камере, а вал в верхней его части выполнен полым, полый конец его присоединен к трубопроводу и служит входом для жидкости, трубы жестко соединены с валом попарно по периметру отверстий, расположенных в нижней части его полого конца, и выполнены в виде спиралевидной петли, которая закреплена в прорезях диска, жестко соединенного с валом, при этом выход из труб выполнен в виде сопла, что позволяет повысить степень стерилизации жидкости и снизить его энергоемкость.

Высокая степень стерилизации жидкости обусловлена тем, что в предлагаемом устройстве трубы выполнены в виде спиралевидной петли, а выход из трубы выполнен в виде сопла, поэтому на жидкость, и соответственно микроорганизмы, находящиеся в ней, действует перепад давления, в результате которого происходит гибель микроорганизмов. Сначала перепад давления до 500 атм в жидкости возникает при прохождении ею спиралевидной петли, так как давление в жидкости изменяется за счет центробежных сил, возникающих при вращении ротора, от минимальной величины на участке трубы, расположенном вблизи от оси ротора, до максимальной величины на периферийном участке трубы от оси ротора. Происходящий мгновенно перепад давления, который имеет основное значение для стерилизации жидкости, возникает при выходе жидкости из трубы через сопло в камеру, при этом давление в жидкости падает от максимальной величины в трубе до атмосферного в камере.

Снижение энергоемкости обусловлено тем, что поскольку основное значение для стерилизации жидкости имеет мгновенное падение давления в жидкости при выходе ее в камеру через сопло, поэтому скорость вращения ротора не превышает 6000 об/мин для достижения максимального давления в трубе 500 атм. Кроме того, на ротор дополнительно действует момент вращения, создаваемый реактивными силами, направленными по касательной к окружности, описываемой максимально удаленной от оси точкой ротора, что также уменьшает нагрузку на электродвигатель.

Предлагаемое устройство представлено на чертеже в разрезе по оси вращения.

Устройство содержит камеру 1, внутри которой установлен ротор 2, расположенный на валу 3, ротор приводится в движение электродвигателем 9 с помощью передачи 8, полый конец вала, служащий входом для жидкости, соединен с трубопроводом 11 с помощью крана 10, трубы 5 жестко соединены с валом по периметру отверстий, выполненных в нижней части полого конца вала, и предпочтительно под углом к оси ротора, трубы выполнены в виде спиралевидной петли, которая закреплена в прорезях диска 4 на его периферийной части 7, при этом диск жестко закреплен на валу, а выход из труб для жидкости выполнен в виде сопел 6, в нижней части камеры расположено отверстие 12 для удаления простерилизованной жидкости и отверстие 13 для слива жидкости при ее критическом уровне в камере.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Первоначально включают электродвигатель и при достижении максимальной скорости вращения ротора 6000 об/мин открывают кран и подают жидкость из трубопровода в полую часть вала, которая затем поступает в трубы, соединенные с валом ротора, при этом в жидкости, находящейся внутри участка трубы, расположенного на периферии от оси ротора, создается максимальное давление (до 500 атмосфер), которое возникает в результате центробежной силы в жидкости, а в жидкости, находящейся внутри участка трубы, расположенного вблизи от оси ротора, - минимальное давление, а поскольку каждая труба имеет вид спиралевидной петли, то в жидкости давление при прохождении ее по трубе меняется от максимального до минимального и в конце давление в жидкости мгновенно падает от максимального в трубе до атмосферного в камере при выходе ее из трубы в камеру через сопла, простерилизованная жидкость собирается внизу камеры и удаляется из нее через нижнее отверстие, для избежания повышения уровня жидкости в камере выше критического при необходимости ее сливают через отверстие, выполненное в боковой стенке камеры, Критический уровень жидкости обеспечивает возможность вращения ротора без касания трубами поверхности воды.

Примеры конкретного использования предлагаемого устройства.

Пример 1. При вращающемся роторе со скоростью 5000 об/мин из трубопровода через кран подавали для стерилизации воду в полый конец вала, после чего вода поступала в трубы (одна пара труб), где, пройдя по спиралевидной петле, которую представляла собой труба, вода через сопло сбрасывалась в камеру, при этом перепад давления в сопле составлял 370 атм.

Содержание микроорганизмов в воде объемом 100 см³ до после стерилизации приведено в таблице.

Пример 2. Осуществляли, как в примере 1, только стерилизации подвергали напиток безалкогольный “Солнечный” на сахаре (содержание сухих веществ в нем составило 75 мг в 100 см³ продукта), скорость вращения вала составляла 6000 об/мин, перепад давления составлял 500 атм, а количество пар труб - две.

Пример 3. Осуществляли, как в примере 2, только стерилизации подвергали сокосодержащий напиток “Соловей” (содержание сухих веществ в нем составило 660 мг в 100 см³ продукта).

Как видно из полученных данных, предлагаемое устройство:

- позволяет достигать высокую степень стерилизации жидкости;

- является устройством с невысокой энергоемкостью. Кроме того, предлагаемое устройство расширяет арсенал устройств для стерилизации жидкости.

Источники информации

1. Патент РФ № 2018243, кл. A 23 L 3/015, 1994.

2. Патент РФ № 2135037, кл. А 23 L 3/015. Диссипативный стерилизатор.

3. Патент РФ № 2052259, кл. A 23 L 3|00. Способ пастеризации или стерилизации жидких или пастообразных сред.

4. Заявка ЕПВ № 9830115, от 07.01.98, PCT/SE 98|00003, приоритет SE № 979700031 от 08.01.97. Способ непрерывной стерилизации текучего пищевого продукта под высоким давлением (ИСМ, вып. 3, № 7, 1999) - прототип.

Формула изобретения

1. Устройство для стерилизации жидкости, содержащее расположенный на валу ротор, электродвигатель, приводящий в движение ротор, трубы для жидкости, выполненные в виде петли, которые размещены в роторе и имеют выход и осевой вход, отличающееся тем, что ротор установлен в камере, вал ротора в верхней его части выполнен полым, полый конец его присоединен к трубопроводу и служит входом для жидкости, трубы жестко соединены с валом попарно по периметру отверстий, расположенных в нижней части его полого конца, и выполнены в виде спиралевидной петли, которая закреплена в прорезях диска, жестко соединенного с валом, при этом выходы из труб выполнены в виде сопел.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ротор установлен вертикально.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что камера выполнена в виде полого цилиндра, соединенного по периметру его оснований с большими полыми торцами двух конусов, имеющих закрытые противоположные торцы, в которых выполнены отверстия для установки ротора, при этом торец нижнего конуса с цилиндром соединен жестко.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в нижней части камеры выполнено отверстие для удаления простерилизованной жидкости и второе отверстие для предупреждения повышения уровня жидкости выше критического.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сопла расположены вдоль касательной к окружности, которую описывает максимально удаленная от оси точка ротора.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что трубы расположены симметрично относительно оси вращения ротора и под углом к ней.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2