Аппарат для насыщения жидкостей газом

(51) 23 2/00 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ 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.(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(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 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 С 02 1/68 (НКИ 7 1/00 Н 4 С), 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 2246882,23 2/54, С 25 В 1/04, 27.08.2003, включающий систему насыщения воды кислородом, которая состоит из эжекционно-флотационной системы,содержащей соединенные циркуляционнопроточным 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,2 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 23 2/00, С 12 М 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. 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 2028 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.