РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН

(19) KZ (13) B (11) 29883 (51) A23L 2/00 (2006.01)

МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ (21) 2013/1403.1 (22) 21.10.2013 (45) 15.05.2015, бюл. №5 (72) Алтайулы Сагымбек; Алтаев Тельжан Сагымбекулы; Игнатов Валерий Ефимович; Шахов Сергей Васильевич (73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения "Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева" Министерства образования и науки Республики Казахстан (56) SU 1250241 A1 15.08.1986

RU 2246882 C2 27.02.2005 RU 2159058 C2 20.11.2000

(54) АППАРАТ ДЛЯ НАСЫЩЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ ГАЗОМ (57) Изобретение относится к устройствам для насыщения воды и напитков газами, преимущественно кислородом или диоксидом углерода, и может быть использована в пивобезалкогольной промышленности и других отраслях промышленности, применяющих насыщение или подачу газов в жидкости.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности процесса насыщения

воды и напитков газами за счет мелкого диспергирования газа в жидкости, увеличение газосодержания двухфазного потока вследствие повышения коэффициента инжекции и улучшения смешивания газовой и жидкой фаз в камере смещения инжектора и увеличения продолжительности контакта газовой и жидкой фаз в насадочной колонне.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в аппарате, содержащей емкость с установленным в верхней части инжектором, включающим основное и дополнительное сопла, установленные коаксильно, снабженным патрубками подвода газа и жидкости, отличающийся тем, что основное и дополнительное сопла установлены внутри корпуса и снабжены выходными трубками из пористой металлокерамики, образующими кольцевое жидкостное сопло, а дополнительное сопло и корпус образуют кольцевой газовый канал. Аппарат может быть снабжен насадочной колонной, установленной в нижней части емкости, по оси которой расположена камера смещения инжектора.

(19) KZ (13) B

(11) 29883

29883

2

Изобретение относится к устройствам для насыщения воды и напитков газами, преимущественно кислородом или диоксидом углерода, и может быть использовано в пивобезалкогольной промышленности и других отраслях промышленности, применяющих насыщение или подачу газов в жидкости.

Известен комплекс оборудования для осуществления способа приготовления бутилированной кислородонасыщенной питьевой воды [Патент Германии №1047826 С02F 1/68 (НКИ BG7D 1/00 Н4С), Производство питьевой воды длительного хранения, разлитой в бутыли, насыщенной кислородом в виде воздуха (кислородом и углекислым газом), 16.10.1998 г.], включающий установку насыщения питьевой воды кислородом, состоящую из последовательно соединенных накопительных напорных емкостей (колонн) для сбора и обработки воды кислородосодержащим газом под давлением, вспомогательного оборудования для поддерживания в установке насыщения воды кислородом избыточного давления и пониженной температуры, установки розлива и закупорки кислородонасыщенной воды в бутыли, подсоединенной трубопроводом к установке насыщения питьевой воды кислородом.

Недостатками комплекса оборудования для осуществления способа являются:

- высокая энергоемкость и материалоемкость оборудования для насыщения питьевой воды кислородом;

- возможность попадания микроорганизмов при розливе кислородонасыщенной воды в бутылки при их герметизации пробками (бутыли обеззараживаются от микроорганизмов до операции розлива);

- возможность возгорания в кислороде при избыточном давлении машинного масла, пары которого могут попасть из вспомогательного оборудования в установку насыщения питьевой воды кислородом.

Известен комплекс для осуществления способа приготовления бутилированной кислородонасыщенной воды [Патент РФ №2246882, A23L 2/54, С25В 1/04, 27.08.2003], включающий систему насыщения воды кислородом, которая состоит из эжекционно-флотационной системы, содержащей соединенные циркуляционно-проточным трубопроводом основной насос, эжектор и флотационную колонну, соединенной парогазовым трубопроводом с системой получения парогазовой смеси, состоящей из соединенных эрлифтным циркуляционно-проточным трубопроводом газожидкостного сепаратора, емкости водного раствора электролита и плазмохимотронного аппарата, синтезирующего кислородосодержащую парогазовую смесь, при этом система получения парогазовой смеси через флотационную колонну подсоединена к циркуляционно-проточному трубопроводу кислородонасыщенной воды в системе подачи и розлива кислородонасыщенной воды в бутылки,

которая содержит вспомогательный насос, эжектор, соединенный парогазовым трубопроводом с системой получения парогазовой смеси, и аппарат розлива кислородонасыщенной воды в бутылки, выполненный с возможностью подачи их в аппарат розлива транспортером и последующим перемещением заполненных кислородонасыщенной водой бутылок транспортером в аппарат закупоривания бутылок пробками.

Недостатками комплекса являются недостаточно высокое качество, полученной питьевой воды, высокие энергетические и материальные затраты как на подготовку кислородосодержащей парогазовой смеси, так и на процесс насыщения, а также имеет место загрязнение кислородосодержащей парогазовой смеси парами щелочи.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для осуществления способа газирования жидкости [Патент РФ №1250241 A23L 2/00, С12М 1/02, 27.04.82], содержащее емкость с циркуляционным контуром, установленные в верхней части емкости смеситель и инжектор, сопло которого соединено с напорным трубопроводом циркуляционного контура, при этом инжектор выполнен с дополнительным соплом, имеющим кольцевую форму, установленным коаксиально основному соплу и соединенным с напорным трубопроводом циркуляционного контура.

Недостатком данного аппарата является недостаточно эффективное смешивание газовой и жидкой фаз вследствии отсутствия камеры смешения, неглубокое проникновение двухфазной струи в жидкость, большие потери энергии на трение в кольцевом сопле, что приводит к неэффективному растворению газа в жидкости, особенно кислорода, являющегося трудно растворимым газом.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности процесса насыщения воды и напитков газами за счет мелкого диспергирования газа в жидкости, увеличение газосодержания двухфазного потока вследствии повышения коэффициента инжекции, улучшения смешивания газовой и жидкой фаз в камере смешения инжектора и увеличения продолжительности контакта газовой и жидкой фаз в насадочной колонне.

Поставленная техническая задача изобретения достигается тем, что в аппарате, содержащей корпус с установленным в его верхней части инжектором, включающем основное и дополнительное сопла, установленные коаксиально, и снабженным патрубками подвода газа и жидкости, отличающийся тем, что основное и дополнительное сопла установлены внутри корпуса и снабжены выходными трубками из пористой металлокерамики, образующими кольцевое жидкостное сопло, а дополнительное сопло и корпус образуют кольцевой газовый канал, при этом аппарат может быть снабжен насадочной колонной, и установленой в нижней части емкости, по оси которой расположена камера смешения инжектора.

29883

3

Технический результат заключается в повышение эффективности процесса насыщения жидкости газом за счет мелкого диспегирования газовой фазы в жидкой при подаче газа через пористые металлокерамические трубки в движущуюся с большой скоростью жидкость, повышения газосодержания двухфазного потока вследствии повышения коэффициента инжекции, обусловленного уменьшением потерь энергии в сопле за счет образования на поверхности металлокерамических трубок газового слоя и пузырьковой структуры двухфазного потока, выходящего из кольцевого сопла, улучшения смешивания газовой и жидкой фаз в камере смешения и увеличения продолжительности контакта газовой и жидкой фаз в насадочной колонне.

На фиг.1 представлена схема аппарата для насыщения жидкостей газом.

Аппарат для насыщения воды и напитков газами (фиг.1) содержит колонку насыщения 1 с инжектором 2, установленным в верхней ее части и включающим рабочее сопло и камеру смешения 3. В нижней части емкости 1 установлена насадочная колонна 4, заполненная контактными элементами 5. Камера смешения инжектора 3 установлена по оси насадочной колонны.

Аппарат имеет патрубки подвода жидкости 6 и газа 7, соединенные с рабочим соплом инжектора 2. Рабочее сопло инжектора включает газовое 8 и дополнительное жидкостное 9 сопла, установленные коаксиально внутри корпуса 12. Сопла снабжены выходными трубками 10 и 11 из пористой металлокерамики, образующими кольцевое сопло для подачи насыщаемой жидкости. Дополнительное сопло с металлокерамической трубкой 11 образуют с корпусом 12 кольцевой канал для подачи газа.

Аппарат для насыщения воды и напитков газами работает следующим образом. Насыщаемая жидкость под давлением 0,4... 1,0 МПа подается по патрубку 6 в дополнительное жидкостное сопло 9 и далее проходит по кольцевому соплу, образованное пористыми металлокерамическими трубками 10 и 11 со скоростью 20...28 м/с. Растворяемый газ подается по патрубку 7 в газовое сопло 8 и кольцевой канал, образованный трубкой 11 и корпусом 12.

В соответствии с уравнением Бернулли статическое давление жидкости в кольцевом сопле уменьшается и газ поступает через поры металлокерамических трубок 10 и 11 в виде мелких пузырьков в жидкость, протекающую с большой скоростью по кольцевому жидкостному соплу. Мелкодиспергированная газовая фаза равномерно распределяется в жидкости. Двухфазный поток приобретает пузырьковую структуру. На поверхностях трубок 10 и 11 со стороны жидкости образуется газовый слой, значительно снижающий потери энергии на гидравлическое сопротивление при течении жидкости по кольцевому каналу.

Кольцевая струя двухфазного потока, имеющего пузырьковую структуру, с большой скоростью поступает в камеру смешения и инжектирует газ из

газового сопла 8 и через зазор между рабочим соплом 2 и камерой смешения 3 - из газового пространства камеры 1. За счет высокой скорости двухфазный поток в камере смешения 3 приобретает пенную структуру с высокоразвитой поверхностью массопередачи. Духфазный поток поступает под насадочную колонну 4, равномерно распределяется по ее сечению и поднимается вверх. Колонна работает в режиме эмульгирования. Жидкость насыщается газом до требуемой концентрации. Жидкость с нерастворившимися пузырьками газа переливается через верхний край колонны, выдерживается в кольцевой камере для стабилизации и подается на фасование или к потребителю. В емкости 1 поддерживается избыточное давление. Нерастворившийся газ из газового пространства емкости 1 рециркулирует в инжекторе и частично может выбрасываться в атмосферу для избежания снижения парциального давления растворяемого газа в газовой смеси при выделении из воды и напитков растворенного азота.

Преимущества аппарата для насыщения жидкостей газом заключаются в том, что:

- установка основного газового и дополнительного жидкостного сопел внутри корпуса и снабжение их выходными трубками из пористой металлокерамики, образующими кольцевое жидкостное сопло, и образование дополнительным соплом и корпусом кольцевого газового канала обеспечивает мелкое диспегирование газа в воде и напитках при подаче газа через пористые металлокерамические трубки в движущуюся с большой скоростью жидкость, высокую эффективность процесса насыщения за счет увеличения коэффициента инжекции и, соответственно, газосодержания двухфазного потока и образования пенной структуры, а также эффективной турбулизации двухфазного потока в камере смешения;

- насадочная колонна, работающая в режиме эмульгирования, позволяет осуществлять рациональную организацию процесса с получением продукта со стабильно высокой концентрацией растворенного газа.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Аппарат для насыщения жидкостей газом,

содержащий емкость с установленным в верхней части инжектором, включающим основное и дополнительное сопла, установленные коаксиально, снабженным патрубками подвода газа и жидкости, отличающийся тем, что основное и дополнительное сопла установлены внутри корпуса и снабжены выходными трубками из пористой металлокерамики, образующими кольцевое жидкостное сопло, а дополнительное сопло и корпус образуют кольцевой газовый канал.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что он снабжен насадочной колонной, установленной в нижней части емкости, по оси которой находится камера смешения инжектора.

29883

4

Верстка А. Сарсекеева Корректор К. Нгметжанова