RU2055493C1

RU2055493C1 - Device for treatment of liquid by radiation in thin layer

Info

Publication number: RU2055493C1
Application number: RU92001681A
Authority: RU
Inventors: В.А. Чапурин; А.Ф. Чапурина
Original assignee: Чапурин Владимир Анатольевич
Priority date: 1992-10-21
Filing date: 1992-10-21
Publication date: 1996-03-10

Abstract

FIELD: food industry. SUBSTANCE: device comprises vertical cylindrical radiation chamber 2 and receiving chamber 1 installed in a spaced relation therein. Guides 4 are disposed coaxially with radiation chamber in a circular gap between radiation and receiving chambers. Guides are shaped as a cylinder or elements thereof. Lower edges of guides come short of receiving chamber bottom. The receiving chamber has additional pipes of a constant or narrowing section. EFFECT: improved design. 3 dwg

Description

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. The invention relates to devices for infrared, ultraviolet and other types of radiant processing of liquids in a thin layer and can be used, for example, for pasteurization of milk, wine, juices and other beverages of agricultural production.

Известно устройство для облучения жидкости ультрафиолетовыми лучами (а. с. N 1750621, кл. А 23 L, 3/28, 1992), содержащее корпус с размещенной внутри него камерой облучения и патрубками для подвода и отвода жидкости, а также источник облучения и узел смешения и закручивания обрабатываемой жидкости с помощью падающих жидкость коаксиальных труб с прорезями и изогнутых лопаток, служащих для образования на внутренней поверхности камеры облучения тонкой пленки жидкости, которая стекая вниз, подвергается УФ-облучению. Недостатком данного устройства является то, что его конструкция не позволяет получать и поддерживать в процессе работы равномерную по толщине сплошную пленку обрабатываемой жидкости, так как при попадании первоначально закрученного направленными прорезями потока жидкости в каналы между изогнутыми лопатками, меняющими направление его закрутки на противоположное, весь поток разделяется этими каналами на отдельные самостоятельные струи, которые при стекании на внутреннюю поверхность камеры облучения налагаются друг на друга и образуют волнообразный, по поперечному сечению, профиль пленки, сильно снижая равномерность, а следовательно, и качество обработки жидкости. A device is known for irradiating a liquid with ultraviolet rays (a.s. N 1750621, class A 23 L, 3/28, 1992), comprising a housing with an irradiation chamber and nozzles for supplying and discharging liquid, and an irradiation source and a unit mixing and swirling the treated liquid with the help of falling liquid coaxial pipes with slots and curved blades, which serve to form a thin film of liquid on the inner surface of the irradiation chamber, which flows down, is exposed to UV radiation. The disadvantage of this device is that its design does not allow to obtain and maintain a continuous film of a processed fluid uniform in thickness, since when a fluid stream initially swirled by directed slots enters the channels between curved blades, reversing the direction of its swirling, the entire stream is divided by these channels into separate independent jets, which, when draining onto the inner surface of the irradiation chamber, are superimposed on each other and t undulating, the cross-section profile of the film, greatly reducing the uniformity, and hence the quality of the fluid treatment.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для обработки жидкости излучением в тонком слое (а.с. N 799704, A 23 L, 3/23, 1981), состоящее из вертикальной цилиндрической камеры облучения с источником излучения внутри нее, патрубка для тангенциального ввода жидкости в приемную камеру, установленную соосно камере облучения. В кольцевом зазоре между стенками приемной камеры и камеры облучения установлен приводимый во вращательное движение потоком жидкости поплавковый распределитель с элементами для образования тонкой пленки на внутренней поверхности камеры облучения. The closest in technical essence to the proposed one is a device for treating liquid by radiation in a thin layer (a.s. N 799704, A 23 L, 3/23, 1981), consisting of a vertical cylindrical irradiation chamber with a radiation source inside it, a nozzle for tangential introducing fluid into a receiving chamber mounted coaxially with the irradiation chamber. In the annular gap between the walls of the receiving chamber and the irradiation chamber, a float distributor driven by a fluid flow is installed with elements for forming a thin film on the inner surface of the irradiation chamber.

Недостатком данного устройства является существенное снижение надежности его работы при резком увеличении расхода обрабатываемой жидкости, так как при этом происходит выброс поплавкового распределителя из цилиндра камеры облучения, что приводит к его остановке и последующему разрушению пленки. Кроме того, рабочие элементы поплавкового распределителя при его нормальной работе, взаимодействуя с потоком жидкости, создают волнообразный профиль пленки, что является причиной неоднородности ее обработки и, как следствие, снижения качества готового продукта. The disadvantage of this device is a significant decrease in the reliability of its operation with a sharp increase in the flow rate of the processed liquid, since this causes the float distributor to be ejected from the cylinder of the irradiation chamber, which leads to its stop and subsequent destruction of the film. In addition, the working elements of the float distributor during its normal operation, interacting with the fluid flow, create a wave-like profile of the film, which is the reason for the heterogeneity of its processing and, as a consequence, a decrease in the quality of the finished product.

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 жидкости без использования подвижных элементов конструкции. The aim of the invention is to increase the reliability and improve the quality of the liquid treatment by creating and feeding to the inner surface of the irradiation chamber a more uniform continuous thin film of liquid in thickness without the use of moving structural members.

Поставленная цель достигается тем, что для формирования сплошной равномерной пленки жидкости на внутренней поверхности камеры облучения путем ее подачи из проточной приемной камеры, в последней установлена одна или несколько неподвижно закрепленных гладких направляющих, имеющих форму образующей цилиндра или ее частей, соосных с камерой облучения, и их нижние кромки не касаются дна приемной камеры, а для ввода жидкости в приемную камеру используется один или несколько патрубков, выполненных с постоянными или переменными сужающимися сечениями. This goal is achieved in that for the formation of a continuous uniform film of liquid on the inner surface of the irradiation chamber by feeding it from the flow receiving chamber, the latter has one or more motionless fixed smooth guides having the form of a cylinder generatrix or its parts coaxial with the irradiation chamber, and their lower edges do not touch the bottom of the receiving chamber, and one or more nozzles made with constant or variable tapering by opinions.

На фиг. 1 показан пример конструктивного решения предлагаемого устройства; на фиг.2 размещения патрубков для ввода жидкости в приемную камеру; на фиг.3 диаграмма стабилизации профиля закрученного потока жидкости. In FIG. 1 shows an example of a structural solution of the proposed device; figure 2 placement of nozzles for introducing fluid into the receiving chamber; figure 3 diagram of the stabilization profile of the swirling fluid flow.

Устройство содержит приемную камеру 1, камеру облучения 2, источник излучения 3, неподвижно закрепленный направляющий элемент 4, патрубок 5 для ввода обрабатываемой жидкости, патрубок 6 для вывода жидкости после обработки. The device includes a receiving chamber 1, an irradiation chamber 2, a radiation source 3, a fixed guide element 4, a nozzle 5 for introducing a fluid to be treated, a nozzle 6 for withdrawing a fluid after processing.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Жидкость, подлежащая обработке, с помощью патрубка 5 подается с тангенциальным ускорением в приемную камеру 1, где производится сильная начальная закрутка потока относительно центральной оси камеры облучения 2. Закрученный поток, переливаясь через верхнюю переливную кромку камеры облучения, под действием сил инерции сохраняет свое вращательное движение и внутри нее. Благодаря этому, при стекании жидкости вниз через зону облучения она центробежными силами прижимается к внутренней стенке цилиндра, как бы размазываясь по ней и трансформируясь в сплошную тонкую пленку. При этом облучение жидкости от источника излучения 3 может быть тепловым, например инфракрасным, а однородность толщины пленки жидкости по поперечному сечению, определяющая равномерность и качество ее обработки, зависят от равномерности ее подачи по периметру верхней переливной кромки цилиндра камеры облучения, которая в свою очередь, зависит от скорости закрутки потока. Чем больше скорость закрутки, тем более неравномерна подача жидкости через переливную кромку, так как с увеличением скорости жидкости при ее переливе через стенку образуется волна в месте перелива ядра струи. Это приводит к образованию мест гидродинамической тени не смачиваемых жидкостью, котоpые быстро перегреваются излучением и, при последующем попадании на них новой волны продукта, последний пригорает к перегретой поверхности, что является причиной резкого снижения качества готового продукта. С другой стороны, чем больше скорость первоначальной закрутки потока жидкости в приемной камере, тем выше скорость ее вращения внутри цилиндра камеры облучения и тем более устойчива неразрывность пленки по высоте стекания. Поэтому для сохранения высокой скорости первоначальной закрутки потока, которая достигается путем тангенциального ввода жидкости в приемную камеру через один или несколько патрубков 5 (фиг. 2) с постоянными или переменными сужающимися сечениями, имеющими форму, например, конуса или сопла, в закрученный поток устанавливается неподвижно закрепленная гладкая направляющая, плохо смачиваемая обрабатываемой жидкостью, и имеющая форму образующей одного или нескольких цилиндров или ее частей, в поперечном разрезе представляющая собой (фиг.2) одну или несколько концентрических окружностей (а), либо спираль (б). При этом направляющая устанавливается сверху вниз, не касаясь дна приемной камеры. Это дает возможность не разделяя основной поток жидкости на несколько самостоятельных потоков, стабилизировать неравномерность его возмущения (фиг.3) путем многократных лабиринтных переходов при сохранении начального импульса скорости закрутки, так как поверхности неподвижно закрепленной направляющей специально обработаны с целью снижения трения с движущимся потоком жидкости. При этом положительный эффект достигается в основном за счет использования энергии отраженных поверхностных волн, образующихся при встрече закрученного потока жидкости с неподвижной направляющей, наложение которых на набегающую струю стабилизирует ее профиль за счет равномерного распределения ядра струи по периметру переливной кромки, сохраняя общую скорость закрутки потока, которая определяется массовым расходом жидкости и величиной кольцевого зазора между камерами приемной и облучения. Затем обработанная в камере 2 жидкость через патрубок 6 отводится из устройства. The fluid to be treated is supplied with tangential acceleration to a receiving chamber 1 with a nozzle 5, where a strong initial swirl of the flow relative to the central axis of the irradiation chamber 2 is made. The swirling flow overflowing through the upper overflow edge of the irradiation chamber retains its rotational motion under the action of inertia forces and inside her. Due to this, when liquid flows down through the irradiation zone, it is pressed by centrifugal forces to the inner wall of the cylinder, as if smearing along it and transforming into a continuous thin film. In this case, the irradiation of the liquid from the radiation source 3 can be thermal, for example infrared, and the uniformity of the thickness of the liquid film over the cross section, which determines the uniformity and quality of its processing, depends on the uniformity of its supply along the perimeter of the upper overflow edge of the cylinder of the irradiation chamber, which, in turn, depends on the swirl speed of the stream. The higher the spin speed, the more uneven the flow of fluid through the overflow edge, since with the increase of the fluid velocity when it overflows through the wall, a wave is formed at the place of overflow of the jet core. This leads to the formation of places of hydrodynamic shadow that are not wetted by liquid, which quickly overheat with radiation and, when a new product wave hits them, the latter burns to an overheated surface, which causes a sharp decrease in the quality of the finished product. On the other hand, the greater the speed of the initial swirling of the fluid flow in the receiving chamber, the higher the speed of its rotation inside the cylinder of the irradiation chamber and the more stable the continuity of the film along the runoff height. Therefore, in order to maintain a high speed of the initial swirling of the flow, which is achieved by tangentially introducing fluid into the receiving chamber through one or more nozzles 5 (Fig. 2) with constant or variable tapering sections, such as a cone or nozzle, the swirling flow is fixed a fixed smooth guide, poorly wetted by the processed fluid, and having the form of a generatrix of one or more cylinders or its parts, in cross section representing (Fig. 2) Well or more concentric circles (a) or spiral (b). In this case, the guide is installed from top to bottom, without touching the bottom of the receiving chamber. This makes it possible, without dividing the main fluid flow into several independent flows, to stabilize the unevenness of its perturbation (Fig. 3) by repeated labyrinth transitions while maintaining the initial impulse of the spin speed, since the surfaces of the motionlessly fixed guide are specially processed in order to reduce friction with the moving fluid flow. At the same time, a positive effect is achieved mainly through the use of the energy of reflected surface waves generated when a swirling liquid flow meets a fixed guide, the application of which to the incident jet stabilizes its profile due to the uniform distribution of the jet core along the perimeter of the overflow edge, while maintaining the overall flow swirl speed, which is determined by the mass flow rate of the liquid and the size of the annular gap between the reception and radiation chambers. Then processed in the chamber 2, the liquid through the pipe 6 is discharged from the device.

Claims

DEVICE FOR TREATING A LIQUID BY RADIATION IN A THIN LAYER, comprising a vertical cylindrical irradiation chamber with a radiation source and a nozzle for discharging the treated liquid, and also a receiving chamber with a tangential liquid inlet nozzle installed with a gap relative to the irradiation chamber, characterized in that in the annular gap between the chamber of the irradiation and the receiving chamber coaxially with the irradiation chamber, one or more guides having the shape of a cylinder or its parts are fixedly mounted, their lower edges being e do not touch the bottom of the receiving chamber, and the receiving chamber is equipped with one or more nozzles of a constant or tapering cross section.