устройство для обработки жидкости облучением в тонком слое

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТИ ОБЛУЧЕНИЕМ В ТОНКОМ СЛОЕ, содержащее вертикальную камеру облучения, смонтированный в ней источник излучения, патрубки для ввода и вывода жидкости, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в работе и качества обработки жидкости путем трансформации ее струи в пленку, внутренняя поверхность камеры облучения выполнена в виде направляющей для жидкости, имеющей форму купола, обращенного вогнутостью вниз, сопряженного с расположенной под ним обечайкой, по оси которой установлен патрубок для ввода жидкости, а источник излучания равномерно распределен в кольцевом зазоре между патрубком для ввода жидкости и внутренней поверхностью камеры облучения.

Описание изобретения к патенту

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 обработки жидкости излучением в тонком слое [1] , содержащее корпус с патрубками для ввода и вывода обрабатываемой жидкости, установленный внутри него вращающийся конус для создания пленки, которая стекает по его внутренней поверхности, размещенный внутри конуса распределитель жидкости и источника излучения.

Недостатком данного устройства является повышение неустойчивости неразрывности пленки при ее движении к расширяющемуся основанию конуса и малая надежность в работе из-за наличия вращающегося элемента.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для обработки жидкости излучением в тонком слое [2], состоящее из вертикальной цилиндрической камеры облучения, смонтированного внутри нее источника излучения, патрубка для ввода жидкости сообщенной с ним и с полостью цилиндра приемной камеры, патрубка для вывода жидкости и узла для подачи жидкости в виде пленки, представляющего собой приводной поплавковый распределитель с рабочими элементами, установленный в проточной приемной камере.

Недостатком этого устройства является существенное снижение качества обработки жидкости и надежности в работе при повышении производительности. Это связано с тем, что при работе поплавкового распределителя его рабочие элементы, взаимодействуя с потоком жидкости, образуют волну, распространяющуюся по направлению движения пленки, вследствие чего нарушается ее равномерность по толщине и затрудняется возможность достижения однородности обработки жидкости. Кроме того, наличие движущегося поплавкового распределителя вносит элемент ненадежности в работу всего устройства в процессе его эксплуатации, т.к. при остановке поплавка (заклинивание, выброc из цилиндра и т.д.) пленка разрушается, и аппарат становится неработоспособным.

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 без использования дополнительных вращающихся элементов.

Это достигается тем, что формирование пленки организовано путем трансформации струи обрабатываемой жидкости в момент удара о твердую поверхность камеры облучения, представляющей собой направляющую для жидкости, изготовленную с внутренней стороны гладкой, зеpкальной и хорошо смачиваемой данной жидкостью, выполненную в виде купола, имеющего форму усеченного эллипсоида, или его частного случая - полусферы, обращенного вогнутостью вниз, сопряженного с расположенной под ним боковой обечайкой, выполненной в виде цилиндра или иного тела вращения, вдоль оси которого установлен патрубок для ввода жидкости, а источник излучения, образованный одним или несколькими вертикальными элементами, распределен в кольцевом зазоре между патрубком для ввода жидкости и внутренней поверхностью камеры облучения.

На фиг.1 а,б показаны примеры конструктивного решения предлагаемого устройства; на фиг.2 а,б - размещение элементов источника излучения в камере облучения.

Устройство содержит корпус 1, камеру 2 облучения, выполненную в виде купола, имеющего форму полусферы, обращенного вогнутостью вниз, сопряженного с расположенной под ним боковой цилиндрической поверхностью, разделенной с корпусом охлаждающей жидкостью 3а или слоем термоизоляционного материала 3б, источник 4 излучения в виде одного (а) или нескольких (б) вертикальных элементов, патрубок 5 для ввода обрабатываемой жидкости, поддон 6 для сбора ее после обработки и патрубок 7 для вывода жидкости из устройства.

Устройство работает следующим образом.

Жидкость, подлежащая обработке, с помощью патрубка 5, установленного внутри камеры 2 облучения вдоль ее оси, подается сильной струей снизу вверх в центр вогнутости полусферической направляющей, попадая при этом в зону облучения. Излучение может быть тепловым, например инфракрасным, причем с целью избежания пригара жидкости к внутренней поверхности стенки патрубка 5 последний может быть выполнен из кварцевого стекла, а температура излучателя может при этом поддерживаться в диапазоне, обеспечивающем излучение с длиной волны, находящейся в области спектра прозрачности кварца (750-3500 нм). В момент удара струи с полусферой в результате суммарного гидравлического эффекта центробежных сил, сил инерции, гравитации и поверхностного натяжения, а также за счет хорошей гладкости и смачиваемости внутренней поверхности камеры облучения струя жидкости трансформируется, равномерно распределяясь во все направления в виде тонкой непрерывной пленки, плотно прижатой к ограничивающей ее внутренней поверхности камеры облучения, как бы размазываясь по ней. Положительный эффект достигается в основном за счет использования в момент удара кинетической энергии восходящей струи, Затем тонким, равномерно распределенным слоем полученная пленка стекает вниз по вертикальной цилиндрической поверхности, одновременно подвергаясь при этом повторному облучению.

Источник 4 излучения может быть выполнен в виде одной вертикальной винтовой спирали (а) с центральной осью, проходящей вдоль оси патрубка 5, либо в виде нескольких вертикальных или U-образных элементов (б), расположенных в кольцевом зазоре между патрубком 5 и внутренней поверхностью камеры облучения. Лучистая энергия от источника излучения распространяется во все стороны и со всех сторон встречает поток жидкости, которым она поглощается, - с внутренней стороны восходящим потоком турбулентной струи, а сверху и с наружной стороны - тонкой стекающей пленкой. Такое расположение источника излучения позволяет полностью, без потерь поглощать жидкостью его излучение. Обработанная жидкость собирается в поддоне 6 и с помощью патрубка 7 выводится из устройства. По мере стекания пленки жидкости вниз действие сил гравитации и поверхностного натяжения начинает превалировать над силами инерции и центробежными силами. Это приводит к тому, что силы гравитации и поверхностного натяжения стараются разорвать пленку на множество ручейков. Поэтому с целью поддержания неразрывности пленочного режима течения жидкости по высоте камеры облучения последняя может быть выполнена плавно сужаемой к основанию. При этом с целью обеспечения лучшего перемешивания жидкости в стекающей пленке ее обечайка может иметь волнообразный профиль.

С целью снижения потерь лучистой энергии внутренняя поверхность камеры облучения может быть выполнена с повышенной отражательной способностью, а наружная может иметь термоизоляционное покрытие (3а) либо охлаждаться жидкостью (3б), которой может быть собственно обрабатываемая жидкость перед подачей в патрубок 5.

В предлагаемом устройстве обрабатываемая жидкость два раза проходит зону облучения, - один раз при движении струи снизу вверх по оптически прозрачной трубке патрубка 5, другой - при стекании тонкой пленкой вниз по внутренней поверхности камеры облучения. Благодаря созданию идеально равномерной по толщине пленки жидкости (толщина пленки может регулироваться подачей жидкости через патрубок 5) и хорошему перемешиванию восходящего потока достигается возможность обеспечить пронизывание облучением всех слоев жидкости в равной и достаточной для данной технологии степени. Это обеспечивает высокое качество получаемого продукта, а предложенное расположение излучателей позволяет полностью поглощать излучение продуктом, следовательно, полезно без потерь использовать все излучение, что повышает энергетическое совершенство всего процесса в целом.