PL208609B1 - Sterylizatortermiczny, zwłaszcza do ścieków - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sterylizator termiczny, zwłaszcza do ścieków. Jest on przeznaczony do cieczy, której głównym składnikiem jest woda.

Znane są różnorakie przepływowe urządzenia do sterylizacji uzyskiwanej poprzez podgrzewanie cieczy do żądanej temperatury, przetrzymanie podgrzanej w tej temperaturze cieczy w określonym czasie i jej chłodzenie. Urządzenia te przystosowane są do wykorzystania traconego ciepła chłodzonej wypływowej cieczy do ogrzewania cieczy wpływającej.

Z polskiego opisu patentowego nr 17971 znane jest urzą dzenie do podgrzewania, ogrzewania i ponownego chł odzenia cieczy. Urzą dzenie to posiada połączony z ogrzewaczem zespól wymienników ciepła dwóch typów, z których pierwszy wykorzystany jest w postaci otwartych powierzchni do zraszania, natomiast drugi w postaci zamkniętego układu rur. Wymienniki połączone są ze sobą przewodami w sposób umożliwiający włączanie i wyłączanie ich do celów regulowania temperatury. Zastosowanie otwartego od góry pierwszego wymiennika eliminuje zastosowanie urządzenia do cieczy zawierających nieprzyjemny zapach.

Znane są również urządzenia do podgrzewania, ogrzewania i chłodzenia cieczy w postaci pasteryzatorów, zwłaszcza do pasteryzacji mleka. Na przykład pasteryzator elektryczny firmy PACKO, wymieniony w opisie wzoru użytkowego nr 52922, posiada zbiornik czynnika pasteryzowanego połączony poprzez wolnostojącą pompę oraz filtr z sekcją cieplnego wymiennika płytowego posadowionego na ramie pasteryzatora. Wyjście sekcji płytkowych wymienników połączone jest z przetrzymywaczem w postaci śrubowo skręconej spirali. Gorąca woda, służąca do podgrzewania mleka, przesyłana jest z umieszczonej z boku konstrukcji nośnej urządzenia grzewczego w postaci cylindra z umocowaną wewnątrz grzałką elektryczną, współpracującą z regulatorem ciśnienia i temperatury czynnika grzewczego, poprzez pompę wody gorącej do sekcji wymienników płytowych i na powrót do urządzenia grzewczego. Urządzenia tego typu zawierają dwa przepływowe układy, tj. cieczy pasteryzowanej i zamkniętego układu grzewczego i chłodzącego wody.

Znane także są instalacje do ciągłej sterylizacji płynów, zwłaszcza mleka i śmietany, np. z polskiego opisu patentowego nr 180205, czy opisu patentowego AU-PS nr 610,233. W instalacjach tych do mleka wtryskiwana jest para powodując jego podgrzewanie do temperatury w przybliżeniu 140°C. Następnie mleko dostarczane jest do komory przetrzymującej na okres od 2 do 15 sekund. Z kolei mleko transportowane jest do komory próżniowej, w której woda pochodząca z pary jest usuwana z mleka. Nastę pnie mleko transportowane jest zazwyczaj do homogenizatora, po czym chł odzone i paczkowane. Instalacje tego typu, znane pod nazwą UHT (Direct Ultra High Temperaturę Plant), są wielozespołowymi urządzeniami wymagającymi znacznego poboru ciepła, dlatego znajdują zastosowanie do masowej produkcji sterylizowanych płynów.

Dla potrzeb sterylizacji niezbyt dużej masy cieczy istnieje potrzeba stosowania urządzeń zawierających małą ilość zespołów złożonych z uproszczonego układu elementów, charakteryzujących się dużą niezawodnością i trwałością.

Istotą wynalazku jest konstrukcja sterylizatora mająca przepływową instalację zawierającą wejściowy lewar, cieplny wymiennik, grzewczy kocioł i wyjściowy lewar wyposażony w przelew do grawitacyjnego utrzymania ciśnienia w kotle, charakteryzująca się tym, że pomiędzy wejściowym i wyjściowym lewarem jest zainstalowana kolumna, stanowiąca zespolenie pierścieniowego kotła usytuowanego na górze, a pod nim rurowego cieplnego wymiennika, którego zewnętrzna górna ściana jest jednocześnie wewnętrzną ścianą kotła, w której są przelewowe kanaliki umożliwiające przepływ wrzącej cieczy z kotła do środkowego kanału wymiennika. Wypływ wejściowego lewara jest połączony z dolną częścią wymiennika a wpływ wyjściowego lewara jest połączony z wylotem środkowego kanału wymiennika. Ponadto na wejściowym lewarze jest zainstalowany odpowietrznik, którego pływakowa komora jest usytuowana na tym samym poziomie co parowy kołpak kotła, który przewodem rurowym wyposażonym w temperaturowy przekaźnik jest połączony z odpowietrznikiem.

Sterylizator według wynalazku jest stosunkowo prostej budowy i wykazuje dużą sprawność wymiany ciepła dzięki zespoleniu kotła z wymiennikiem, w którym zimna ciecz w drodze do kotła nagrzewa się odpływającą gorącą cieczą z kotła poprzez środkowy kanał wymiennika.

Sterowanie charakteryzuje się uproszczeniem samoregulacji w zakresie włączania cyklicznie pompy pobierającej ciecz ze zbiornika, co ma miejsce wówczas, gdy w rurce odpowietrzającej zacznie przepływać para i przekaźnik termiczny przekaże impuls do sterownika. Dokładność wskazań przePL 208 609 B1 kaźnika nie jest istotna, gdyż impuls samoregulacji uzależniony jest od wystąpienia pary, co jest pochodną podgrzanej cieczy w kotle do temperatury wrzenia poprzez elektryczne grzałki.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku w ujęciu schematycznym.

Sterylizator zawiera wejściowy lewar 1, który ma w dolnej części rury wznoszącej króciec 2, do którego dopływa ciecz ze zbiornika w wyniku uruchomienia sterownikiem pompy na żądany czasokres. Do lewara 1 poniżej króćca 2 zainstalowany jest króciec 3 służący do sprawdzania działania pompy i ustalenia podawanej ze zbiornika dawki cieczy w kolejnym impulsie. Dolny odpływ wejściowego lewara 1 jest przepływowo połączony z rurowym cieplnym wymiennikiem 4, przez który ciecz przechodzi ku górze między jego zewnętrzną i wewnętrzną ścianką do pierścieniowego kotła 5. Górna zewnętrzna ścianka wymiennika 4 jest jednocześnie wewnętrzną ścianką dwuśrednicowego kotła 5, co stanowi jedną zespoloną kolumnę. Zewnętrzna ścianka kotła 5 jest znacznie większej średnicy niż zewnętrzna średnica wymiennika 4. W dolnej części kotła 5 zainstalowane są elektryczne grzałki 6. Do górnej części kotła 5 jest przytwierdzona górna pokrywa 7. W górnej części wewnętrznej ścianki kotła 5 są ukształtowane przelewowe kanaliki 8 umożliwiające przedostawanie się gorącej cieczy z górnej części kotła 5 do wewnętrznego kanału cieplnego wymiennika 4. Dolna część wymiennika 4 ma przytwierdzoną dennicę 9 z rurowym odpływem połączonym z wyjściowym lewarem 10, który na rurze wejściowej ma zainstalowany zawór 11 służący do podawania wody przy tzw. rozruchu sterylizatora. W górnej części rury wyjściowej lewara 10 jest zainstalowany przelew 12 przelewający ciecz do kanalizacyjnej rury 13. Nad kanalikowymi przelewami 8 zamocowany jest kołpak 14, w którym gromadzi się para. Kołpak 14 jest rurowym przewodem mającym temperaturowy przekaźnik 15 połączony z odpowietrznikiem 16, który rurowym przewodem z czujnikiem 17 obecności cieczy jest połączony z przewałem wejściowego lewara 1. Sterylizator wyposażony jest w znany sterownik, który załącza pompę na pożądany czasokres.

Działanie sterylizatora przebiega następująco. Zewnętrzna pompa, korzystnie wyporowa, zainstalowana w zbiorniku ścieków, podaje ciecz króćcem 2 do rury wznośnej wejściowego lewara 1. Króciec 3 służy do sprawdzania działania pompy i ustalenia dawki cieczy w impulsie.

Częściowego napełnienia sterylizatora ściekami można dokonać przez ręczne załączenie pompy. Gdy jednak ścieki osiągną poziom czujnika obecności cieczy 17, zostanie zablokowana możliwość ręcznego załączenia pompy. Przed pierwszym uruchomieniem sterylizator należy dopełnić czystą wodą przez zawór 11 umieszczony na rurze wznośnej wyjściowego lewara 10. Podczas napełniania sterylizatora cieczą, wejściowy lewar 1 i kocioł 5 odpowietrzają się przez odpowietrznik 16. Po napełnieniu cieczą sterylizatora pływak odpowietrznika 16 zamknie zawór powietrzny.

Po napełnieniu sterylizatora cieczą czujnik obecności cieczy 17 umożliwia włączenie go do pracy. W wyniku włączenia zostają włączone grzałki 6 w płycie grzejnej kotła 5 na moc rozruchową. Powiększenie mocy na rozruch ma na celu przyspieszenie pierwszego nagrzania cieczy w kotle. Nagrzewanie przebiega aż do osiągnięcia przez ciecz w kotle 5 temperatury parowania. Parowanie powoduje gromadzenie się pary w kołpaku 14, co prowadzi do obniżenia się w nim poziomu cieczy. Obniżenie poziomu cieczy w kołpaku 14 powoduje, na zasadzie naczyń połączonych, obniżenie poziomu cieczy w komorze pływakowej odpowietrznika 16. Pływak otwiera zawór powietrzny odpowietrznika 16. Umożliwia to ujście pary z kołpaka 14 rurką odpowietrzającą. Para szybko podgrzewa przekaźnik temperatury 15 zamontowany w tym przewodzie. Przekaźnik temperatury 15 podaje sygnał do sterownika sterylizatora. Sterownik włącza pompę na zadany czas. Czas ten jest dobrany w taki sposób, aby dawka cieczy w przepływie pulsacyjnym przez sterylizator była optymalna. Podana dawka cieczy podgrzana w cieplnym wymienniku 4 przeciwprądowym dopływa do kotła 5. Tam rozkładając się na dnie likwiduje stan parowania w kotle 5. W związku z tym zostaje zamknięty zawór powietrzny odpowietrznika 16. Para przestaje płynąć rurką odpowietrzającą, co powoduje schładzanie się przekaźnika temperatury 15. Po pracy pompy w impulsie sterownik blokuje możliwość ponownego włączenia pompy, na czas potrzebny do ostygnięcia przekaźnika temperatury 15. Czas ten jest znacznie krótszy niż czas najkrótszego cyklu pracy.

Po pierwszym cyklu pracy sterownik zmniejsza moc grzałek do poziomu roboczego. Ciecz w kotle 5 znajduje się ciągle w stanie wrzenia. Temperatura wrzenia ustalona jest przez ciśnienie grawitacyjne utrzymywane przez wyjściowy lewar 10. W czasie cyklu pracy ciecz unosi się stopniowo w kotle 5. Osiągając górny poziom przelewa się przez przelewowe kanaliki 8. Opadając stopniowo w środko4

PL 208 609 B1 wym kanale wymiennika 4 oddaje ciepło. Z dna kanału środkowego wymiennika 4 schłodzona ciecz przepływa do rury wznośnej wyjściowego lewara 10. Po osiągnięciu górnego poziomu lewara 10 przelewa się do rury kanalizacyjnej 12.

Claims (1)

1. Sterylizator termiczny, zwłaszcza do ścieków, mający przepływową instalację zawierającą wejściowy lewar, cieplny wymiennik, grzewczy kocioł i wyjściowy lewar, wyposażony w przelew do grawitacyjnego utrzymania ciśnienia w kotle, znamienny tym, że pomiędzy wejściowym i wyjściowym lewarem (1) i (10) jest zainstalowana kolumna, stanowiąca zespolenie pierścieniowego kotła (5) usytuowanego na górze, a pod nim rurowego cieplnego wymiennika (4), którego zewnętrzna górna ściana jest jednocześnie wewnętrzną ścianą kotła (5), w której są przelewowe kanaliki (8) umożliwiające przepływ wrzącej cieczy z kotła (5) do środkowego kanału wymiennika (4), przy czym wypływ wejściowego lewara (1) jest połączony z dolną częścią wymiennika (4), a wpływ wyjściowego lewara (10) jest połączony z wylotem środkowego kanału wymiennika (4), a ponadto na wejściowym lewarze (1) jest zainstalowany odpowietrznik (16), którego pływakowa komora jest usytuowana na tym samym poziomie co parowy kołpak (14) kotła (5), który przewodem rurowym, wyposażonym w temperaturowy przekaźnik (15) jest połączony z odpowietrznikiem (16).