RU9572U1

RU9572U1 - LIQUID THERMAL PROCESSING DEVICE

Info

Publication number: RU9572U1
Application number: RU98119690/20U
Authority: RU
Inventors: Сергей Борисович Осипенко; Борис Дмитриевич Кикиш
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "ТЕКМАШ"
Priority date: 1998-11-03
Filing date: 1998-11-03
Publication date: 1999-04-16

Abstract

1. Устройство для термообработки жидких сред, имеющее циркуляционный насос с приводом вращения, отдельно расположенный бак, полость которого подключена к всасу насоса через рециркуляционный патрубок и к выходу насоса - через средство возбуждения гидродинамической кавитации, и подводящий и отводящий патрубки соответственно для подачи жидкой среды на термообработку и для отвода термообработанной жидкой среды, отличающееся тем, что проточный бак выполнен в виде расположенного над насосом и снабженного наклонной перегородкой симметричного относительно вертикальной плоскости сосуда, средство возбуждения гидродинамической кавитации выполнено в виде кавитационного сопла, которое открыто в придонную часть проточного бака под наклонной перегородкой, подводящий патрубок подключен на всас насоса, отводящий патрубок подключен к проточному баку в его верхней части над наклонной перегородкой, а вход в рециркуляционный патрубок расположен в придонной части проточного бака перед нижней кромкой наклонной перегородки.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что геометрическая ось кавитационного сопла расположена в вертикальной плоскости симметрии бака и отклонена в сторону, противоположную входу в рециркуляционный патрубок.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что проточный бак имеет цилиндрическую форму.4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что подводящий и отводящий патрубки снабжены регуляторами расхода.5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что подводящий патрубок подключен на всас насоса через рециркуляционный патрубок.1. A device for heat treatment of liquid media having a circulation pump with a rotation drive, a separately located tank, the cavity of which is connected to the pump inlet through a recirculation pipe and to the pump outlet through a means of exciting hydrodynamic cavitation, and inlet and outlet pipes, respectively, for supplying a liquid medium to heat treatment and for removal of heat-treated liquid medium, characterized in that the flow tank is arranged symmetrically located above the pump and equipped with an inclined partition relative to the vertical plane of the vessel, the means of excitation of hydrodynamic cavitation is made in the form of a cavitation nozzle, which is open in the bottom part of the flow tank under an inclined partition, the inlet pipe is connected to the pump inlet, the outlet pipe is connected to the flow tank in its upper part above the inclined partition, and the inlet in the recirculation pipe is located in the bottom of the flow tank in front of the lower edge of the inclined partition. 2. The device according to claim 1, characterized in that the geometric axis of the cavitation nozzle is located in the vertical plane of symmetry of the tank and is rejected in the direction opposite to the entrance to the recirculation pipe. The device according to claim 1, characterized in that the flow tank has a cylindrical shape. The device according to claim 1, characterized in that the inlet and outlet pipes are equipped with flow controllers. The device according to claim 1, characterized in that the inlet pipe is connected to the pump inlet through a recirculation pipe.

Description

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ ЖИДКИХ СРЕДLIQUID THERMAL PROCESSING DEVICE

Полезная модель относится к конструкции устройств для термообработки жидких сред в условиях регулируемой гидродинамической кавитации, а более конкретно - преимущественно для стерилизации или пастеризации в сочетании с гомогенизацией таких пищевых продуктов, как молоко, сливки, молочные коктейли, фруктовые и/или овощные соки.The utility model relates to the design of devices for heat treatment of liquid media under conditions of controlled hydrodynamic cavitation, and more specifically, mainly for sterilization or pasteurization in combination with the homogenization of foods such as milk, cream, milkshakes, fruit and / or vegetable juices.

Кавитация, то есть нарушение сплошности капельной жидкости из-за локальных падений давления ниже критического значения, которое практически равно давлению насыщенного пара этой жидкости при конкретной температуре, обычно рассматривается в технике как нежелательное явление (см., например, статьи cavitation, cavitation erosion, cavitation noise в словаре McGrow-Hill, Dictionary of Scientific and Technical Terms, Second Edition, p.261).Cavitation, i.e. violation of the continuity of a dropping liquid due to local pressure drops below a critical value, which is practically equal to the saturated vapor pressure of this liquid at a specific temperature, is usually considered an undesirable phenomenon in the technique (see, for example, articles cavitation, cavitation erosion, cavitation noise in the McGrow-Hill Dictionary, Dictionary of Scientific and Technical Terms, Second Edition, p. 261).

Однако при определенных условиях кавитация весьма полезна и ее широко используют в технике, например: для очистки произвольных деталей машин от жировых загрязнений перед нанесением покрытий; для получения устойчивых суспензий или эмульсий диспергированием твердых или жидких материалов в несмешивающихся с ними и не растворяющих их жидкостях и т.п. Эти процессы обычно осуществляют с применением ультразвуковых средств возбуждения регулируемой акустической кавитации (см., например Политехнический словарь.- М.: Советская Энциклопедия, 1976, статья Ультразвуковая обработка, С.520).However, under certain conditions, cavitation is very useful and it is widely used in technology, for example: for cleaning arbitrary machine parts from grease contamination before coating; to obtain stable suspensions or emulsions by dispersing solid or liquid materials in liquids immiscible with them and not dissolving them, and the like. These processes are usually carried out using ultrasonic means of exciting controlled acoustic cavitation (see, for example, Polytechnical Dictionary.- M .: Soviet Encyclopedia, 1976, article Ultrasonic Processing, S.520).

Действительно, ультразвук весьма удобен как возбудитель кавитации из-за возможности точного и плавного регулирования амплитуды колебаний и плотности его мощности и практически незаменим в случаях, когда кавитацию необходимо возбуждать в жидкости, вязкость которой существенно выше вязкости воды, или в жидкости, которая находится в непроточном сосуде малого (до 1 л) объёма.Indeed, ultrasound is very convenient as a causative agent of cavitation because of the ability to accurately and smoothly control the amplitude of oscillations and the density of its power and is practically indispensable in cases where cavitation must be excited in a liquid whose viscosity is much higher than the viscosity of water, or in a liquid that is in a non-flowing one. a vessel of small (up to 1 liter) volume.

МПКб А 23 L 3/015MPKb A 23 L 3/015

A23L 3/22A23L 3/22

F15D 1/00F15D 1/00

Однако для указанной выше области применения регулируемой кавитации процессы желательно проводить в интенсивном потоке жидкой среды, общая масса или расход которой могут быть весьма значительными, например, от нескольких тонн до десятков тонн в сутки.However, for the above field of application of controlled cavitation, it is desirable to carry out the processes in an intensive flow of a liquid medium, the total mass or consumption of which can be very significant, for example, from several tons to tens of tons per day.

Для этих условий наиболее пригодна именно гидродинамическая кавитация и, соответственно, такие устройства для термообработки жидких сред, которые обеспечивают регулируемое генерирование и охлопывание каверн с сопутствующим легко регулируемым нагревом.For these conditions, it is hydrodynamic cavitation that is most suitable and, accordingly, such devices for heat treatment of liquid media that provide controlled generation and cooling of cavities with concomitant easily controlled heating.

Из таких устройств к предлагаемому наиболее близко устройство, схема которого известна из описания и чертежей (особенно фигур 8 и 9) публикации WO 98/42987 Международной заявки PCT/UA 97/00003.Of these devices, the closest device to the proposed one, the circuit of which is known from the description and drawings (especially figures 8 and 9) of publication WO 98/42987 of international application PCT / UA 97/00003.

Известное устройство имеет циркуляционный насос с приводом вращения, вертикальный отдельно стоящий проточный бак, который служит теплоаккумулятором и известным для специалистов образом, то есть подводящим и отводящим патрубками, может быть подключён к батареям водяного отопления и у которого придонная часть подключена на всас насоса через рециркуляционный патрубок, а верхняя часть подключена к выходу из насоса через средство возбуждения гидродинамической кавитации. Этим средством служит напорный патрубок сравнительно большого диаметра с предпочтительно двумя существенно меньшими по диаметру симметричными байпасными патрубками для отбора на выходе из насоса части нагреваемой жидкой среды и её возврата в основной поток этой среды в качестве возмущающих струй.The known device has a circulation pump with a rotary drive, a vertical freestanding flow tank, which serves as a heat accumulator and in a manner known to specialists, that is, inlet and outlet pipes, can be connected to water heating batteries and in which the bottom part is connected to the pump inlet through a recirculation pipe and the upper part is connected to the outlet of the pump through a means of exciting hydrodynamic cavitation. This tool is a pressure nozzle of a relatively large diameter with preferably two substantially symmetric bypass nozzles of substantially smaller diameter for selecting part of the heated liquid medium at the pump outlet and returning it to the main stream of this medium as disturbing jets.

Описанное устройство может быть весьма эффективно использовано именно как теплогенератор для систем водяного отопления, поскольку указанные насос, средство возбуждения гидродинамической кавитации и проточный бак-теплоаккумулятор в совокупности образуют контур рециркуляции жидкой среды.The described device can be very effectively used precisely as a heat generator for water heating systems, since these pumps, means of excitation of hydrodynamic cavitation and flow tank heat accumulator together form a recirculation loop of the liquid medium.

насос и привод его вращения, и подключение средства возбуждения гидродинамической кавитации к верхней части бака затрудняют разделение жидкой среды, подаваемой на термообработку, и термообработанной жидкой среды.the pump and its rotation drive, and the connection of hydrodynamic cavitation excitation means to the upper part of the tank make it difficult to separate the liquid medium supplied for heat treatment and the heat-treated liquid medium.

Поэтому в основу полезной модели положена задача путем усовершенствования формы выполнения бака и изменения взаимосвязи средства возбуждения гидродинамической кавитации и указанного бака создать такое устройство, которое обеспечивало бы как можно более эффективное разделение жидкой среды, подаваемой на термообработку, и термообработанной жидкой среды и по возможности простое регулирование термообработки и, в особенности стерилизации или пастеризации, жидких сред.Therefore, the utility model is based on the task of improving the design of the tank and changing the relationship of the means of excitation of hydrodynamic cavitation and the specified tank to create such a device that would provide the most efficient separation of the liquid medium supplied to the heat treatment and the heat-treated liquid medium and as simple regulation as possible heat treatment and, in particular, sterilization or pasteurization, liquid media.

Поставленная задача решена тем, что в устройстве для термообработки жидких сред, которое имеет циркуляционный насос с приводом вращения, отдельно расположенный проточный бак, полость которого подключена к всасу насоса через рециркуляционный патрубок и к выходу насоса через средство возбуждения гидродинамической кавитации, и подводящий и отводящий патрубки соответственно для подачи жидкой среды на термообработку и для отвода термообработанной жидкой среды, согласно изобретательскому замыслу проточный бак выполнен в виде расположенного над насосом и снабжённого наклонной перегородкой симметричного относительно вертикальной плоскости сосуда, средство возбуждения гидродинамической кавитации выполнено в виде кавитационного сопла, которое открыто в придонную часть проточного бака под наклонной перегородкой, подводящий патрубок подключен на всас насоса, отводящий патрубок подключён к проточному баку в его верхней части над наклонной перегородкой, а вход в рециркуляционный патрубок расположен в придонной части проточного бака перед нижней кромкой наклонной перегородки.The problem is solved in that in a device for heat treatment of liquid media, which has a circulation pump with a rotation drive, a separate flow tank, a cavity of which is connected to the pump inlet through a recirculation pipe and to the pump outlet through a means of exciting hydrodynamic cavitation, and inlet and outlet pipes accordingly, for supplying a liquid medium to heat treatment and for removal of a heat-treated liquid medium, according to an inventive concept, the flow tank is designed as above the pump and equipped with an inclined baffle that is symmetrical with respect to the vertical plane of the vessel, the means of exciting hydrodynamic cavitation is made in the form of a cavitation nozzle that is open in the bottom part of the flow tank under the inclined baffle, the inlet pipe is connected to the pump inlet, the outlet pipe is connected to the flow tank in its upper parts above the inclined partition, and the entrance to the recirculation pipe is located in the bottom part of the flow tank in front of the lower edge of the inclined partition birthmarks.

В такой форме выполнения предложенное устройство для термообработки при условии регулирования расхода обеспечивает весьма эффективное разделение жидкой среды, подаваемой на термообработку, и отбираемой, например на разлив и укупорку, термообработанной жидкой среды. Действительно, перегородка в расположенном над насосом проточном баке в сочетании с взаиморасположением рециркуляционного и отводящего патрубков и кавитационного сопла практически исключает смешивание указанных жидких сред.In this form of execution, the proposed device for heat treatment, subject to flow control, provides a very efficient separation of the liquid medium supplied to the heat treatment, and selected, for example, for pouring and capping, the heat-treated liquid medium. Indeed, the baffle in the flow tank located above the pump in combination with the relative position of the recirculation and outlet pipes and the cavitation nozzle virtually eliminates the mixing of these liquid media.

Первое дополнительное отличие состоит в том, что геометрическая ось кавитационного сопла расположена в вертикальной плоскости симметрии проточного бака и отклонена в сторону, противоположную входу в рециркуляционный патрубок. Тем самым облегчается вывод нагреваемой при охлопывании каверн жидкой среды в верхнюю часть проточного бака на нагрев и/или рециркуляцию.The first additional difference is that the geometric axis of the cavitation nozzle is located in the vertical plane of symmetry of the flow tank and is deflected in the direction opposite to the entrance to the recirculation pipe. This facilitates the withdrawal of the liquid medium heated by cooling the caverns into the upper part of the flow tank for heating and / or recirculation.

Второе дополнительное отличие состоит в том, что проточный бак имеет цилиндрическую форму, что наиболее технологично при изготовлении и промывке.The second additional difference is that the flow tank has a cylindrical shape, which is the most technologically advanced in the manufacture and washing.

Третье дополнительное отличие состоит в том, что подводящий и отводящий патрубки снабжены регуляторами расхода, что облегчает настройку устройства на заданный режим стерилизации или пастеризации жидких сред.The third additional difference is that the inlet and outlet pipes are equipped with flow controllers, which facilitates the adjustment of the device to a given mode of sterilization or pasteurization of liquid media.

Четвёртое дополнительное отличие состоит в том, что подводящий патрубок подключен на всас насоса через рециркуляционный патрубок. Тем самым упрощается подпитка предложенного устройства подлежащей термообработке жидкой средой.The fourth additional difference is that the inlet pipe is connected to the pump inlet through a recirculation pipe. This simplifies the feeding of the proposed device to be heat-treated with a liquid medium.

Далее сущность полезной модели поясняется подробным описанием конструкции и работы предлагаемого устройства со ссылками на чертежи, где изображены на:Further, the essence of the utility model is illustrated by a detailed description of the design and operation of the proposed device with reference to the drawings, which depict on:

фиг.1 - устройство для термообработки жидких сред (вид сбоку с частичным разрезом по проточному баку);figure 1 is a device for heat treatment of liquid media (side view with a partial section through a flow tank);

фиг.2 - то же устройство (вид спереди, на котором условно не показаны подводящий и отводящий патрубки с кранами-регуляторами).figure 2 is the same device (front view, which conditionally does not show the inlet and outlet pipes with crane regulators).

Устройство для термообработки жидких сред (см. фиг.1) имеет вибростойкую опорную раму 1. Непосредственно на раме 1 установлены циркуляционный насос 2 и привод его вращения предпочтительно в виде электродвигателя 3.A device for heat treatment of liquid media (see figure 1) has a vibration-resistant support frame 1. Directly on the frame 1 is installed a circulation pump 2 and the drive for its rotation, preferably in the form of an electric motor 3.

Над ними на стойках 4 жёстко закреплён предпочтительно горизонтальный проточный бак 5, придонная часть которого подключена к циркуляционному насосу 2 рециркуляционным патрубком 6. Этот бак 5 имеет предпочтительно цилиндрическую в поперечном сечении форму, но может быть выполнен и в виде иного сосуда, левая и правая части которого симметричны относительно вертикальной плоскости.Above them, on the uprights 4, a preferably horizontal flow tank 5 is rigidly fixed, the bottom part of which is connected to the circulation pump 2 by a recirculation pipe 6. This tank 5 is preferably cylindrical in cross section, but can be made in the form of another vessel, the left and right parts which are symmetrical about a vertical plane.

На выходе из циркуляционного насоса 2 расположено кавитационное сопло 7, открытое в нижнюю часть полости проточного бака 5. Желательно, чтобы геометрическая ось этого сопла 7 была расположена в вертикальной плоскости симметрии проточного бака 5 и отклонена в сторону, противоположную входу в рециркуляционный патрубок 6. Кавитационное сопло 7 может быть выполнено либо хорошо известным специалистам образом в виде отрезка трубы, в полости которого размещено плохо обтекаемое тело, за которым неизбежно возникают нерегулярные вихри и разрывы сплошности жидкой среды, либо так, как описано в указанной Международной заявке PCT/UA 97/00003, то есть с использованием по меньшей мере одного отверстия в стенке отрезка трубы для введения возмущающей струи в основной поток жидкой среды.At the outlet of the circulation pump 2, there is a cavitation nozzle 7 open in the lower part of the cavity of the flow tank 5. It is desirable that the geometric axis of this nozzle 7 is located in the vertical plane of symmetry of the flow tank 5 and deviated to the side opposite to the entrance to the recirculation pipe 6. Cavitation the nozzle 7 can be made either in a manner well known to specialists in the form of a pipe segment in the cavity of which a poorly streamlined body is placed, behind which irregular eddies and discontinuities the liquid medium, or as described in the aforementioned International Application PCT / UA 97/00003, i.e. using at least one hole in the wall of a pipe segment to introduce a disturbing stream into the main liquid stream.

В полости проточного бака 5 над выпускным торцем кавитационного сопла 7 и за зоной отбора жидкой среды в рециркуляционный патрубок 6 установлена наклонная перегородка 8, разделяющая указанную полость на расширяющуюся снизу вверх зону 9 успокоения термообрабатываемой жидкой среды и на расширяющуюся сверху вниз зону 10 отбора термообработанной жидкой среды на рециркуляцию и/или вывод из устройства. При этом вход в рециркуляционный патрубок 6 расположен в придонной части проточного бака 5 перед нижней кромкой наклонной перегородки 8.In the cavity of the flow tank 5 above the outlet end of the cavitation nozzle 7 and behind the liquid extraction zone, an inclined partition 8 is installed in the recirculation pipe 6, dividing the cavity into the calming zone of the heat-treating liquid medium expanding from bottom to top and into the heat-treating liquid medium selection zone 10 expanding from top to bottom for recycling and / or withdrawal from the device. The entrance to the recirculation pipe 6 is located in the bottom of the flow tank 5 in front of the lower edge of the inclined partition 8.

Для подачи жидкой среды на термообработку и вывода термообработанной жидкой среды предусмотрены подводящий 11 и отводящий 12 патрубки с соответствующими кранами-регуляторами 13 и 14 расхода. При этом подводящий патрубок 11 подключён на всас циркуляционного насоса 2 преимущественно через рециркуляционный патрубок 6, а отводящий патрубок 12 присоединён к передней торцевой стенке проточного бака 5 и открыт в верхнюю часть зоны 10 полости этого бака 5.For supplying a liquid medium to heat treatment and for outputting a heat-treated liquid medium, a supply pipe 11 and a discharge pipe 12 are provided with corresponding flow control valves 13 and 14. In this case, the inlet pipe 11 is connected to the inlet of the circulation pump 2 mainly through the recirculation pipe 6, and the discharge pipe 12 is connected to the front end wall of the flow tank 5 and is open in the upper part of the zone 10 of the cavity of this tank 5.

Жидкие среды с помощью описанного устройства термообрабатывают (в частности, стерилизуют или пастеризуют) следующим образом.Liquid media using the described device is heat treated (in particular, sterilized or pasteurized) as follows.

При запуске открывают кран-регулятор 13 расхода и через подводящий патрубок 11 подают такое количество подлежащей термообработке жидкой среды, которое достаточно для заполнения полости циркуляционного насоса 2, кавитационного сопла 7, донной части проточного бака 5 и рециркуляционного патрубка 6. Затем, продолжая подачу жидкой среды на обработку, включают циркуляционный насос 2 и в режиме рециркуляции нагревают жидкую среду до требуемой температуры стерилизации или пастеризации.At start-up, the flow control valve 13 is opened and, through the inlet pipe 11, an amount of the liquid medium to be heat treated is supplied that is sufficient to fill the cavity of the circulation pump 2, the cavitation nozzle 7, the bottom of the flow tank 5 and the recirculation pipe 6. Then, continuing to supply the liquid medium for processing, turn on the circulation pump 2 and in the recirculation mode, the liquid medium is heated to the desired sterilization or pasteurization temperature.

Нагрев происходит вследствие образования каверн при проходе жидкой среды через кавитационное сопло 7 и схлопывания этих каверн при её растекании вдоль наклонной перегородки 8 и успокоения в зоне 9 проточного бака 5. Далее успокоенная подогретая жидкая среда через зону 10 попадает на рециркуляцию и/или отбор на слив через кран-регулятор 14 и отводящий патрубок 12.Heating occurs due to the formation of caverns during the passage of the liquid medium through the cavitation nozzle 7 and the collapse of these caverns when it spreads along the inclined partition 8 and calming in the zone 9 of the flow tank 5. Then, the calmed-up heated liquid medium through zone 10 is recycled and / or taken to drain through the regulator valve 14 and the discharge pipe 12.

После достижения заданной температуры регулированием подпитки и отбора с помощью кранов-регуляторов 13 и 14 устанавливают такой баланс прихода и расхода жидкой среды, при котором обеспечиваются эффективная термообработка и производительность предложенного устройства.After reaching a predetermined temperature by adjusting the make-up and selection with the help of taps-regulators 13 and 14, a balance of the intake and consumption of the liquid medium is established, which ensures effective heat treatment and productivity of the proposed device.

Естественно, что приведенные примеры конструктивной реализации изобретательского замысла и указанные технологические возможности не исчерпывают все аспекты промышленного применения предложенного устройства.Naturally, the above examples of the constructive implementation of the inventive concept and the indicated technological capabilities do not exhaust all aspects of the industrial application of the proposed device.

Claims

1. A device for heat treatment of liquid media having a circulation pump with a rotation drive, a separately located tank, the cavity of which is connected to the pump inlet through a recirculation pipe and to the pump outlet through a means of exciting hydrodynamic cavitation, and inlet and outlet pipes, respectively, for supplying a liquid medium to heat treatment and for removal of heat-treated liquid medium, characterized in that the flow tank is arranged symmetrically located above the pump and equipped with an inclined partition relative to the vertical plane of the vessel, the means of excitation of hydrodynamic cavitation is made in the form of a cavitation nozzle, which is open in the bottom part of the flow tank under an inclined partition, the inlet pipe is connected to the pump inlet, the outlet pipe is connected to the flow tank in its upper part above the inclined partition, and the inlet in the recirculation pipe is located in the bottom of the flow tank in front of the lower edge of the inclined septum.

2. The device according to claim 1, characterized in that the geometric axis of the cavitation nozzle is located in the vertical plane of symmetry of the tank and is rejected in the direction opposite to the entrance to the recirculation pipe.

3. The device according to claim 1, characterized in that the flow tank has a cylindrical shape.

4. The device according to claim 1, characterized in that the inlet and outlet pipes are equipped with flow controllers.

5. The device according to claim 1, characterized in that the inlet pipe is connected to the pump inlet through a recirculation pipe.