SU1139518A1

SU1139518A1 - Pneumoacoustic spraying device

Info

Publication number: SU1139518A1
Application number: SU833673312A
Authority: SU
Inventors: Юрий Владимирович Агафонов; Федор Никитич Чегодаев; Петр Тимофеевич Якимов
Original assignee: Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский институт прикладной биохимии
Priority date: 1983-12-15
Filing date: 1983-12-15
Publication date: 1985-02-15

Abstract

ПНЕВМОАКУСТИЧЕСКОЕ РАСПЫЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее вертикально установленный корпус, размещенную внутри него втулку с пропущенным в ней стержнем и закрепленный на стержне резонатор, выполненный в виде емкости с днищем, отличающеес тем, что, с целью повыщени надежности работы устройства в асептических услови х, оно снабжено размещенным в полости емкости резонатора диском, закрепленным на стержне с возможностью поворота в вертикальной плоскости и выполненным со смещенным к его периферии центром т жести, при этом днище резонатора выполнено с отверсти ми, а ось поворота диска размещена между центром т жести диска и его геометрическим центром. (Л СлЭ со С71 СХ)PNEUMATIC ACCELERATING SPRAY EQUIPMENT containing a vertically mounted body, a sleeve placed inside it with a rod passed in it and a resonator mounted on the rod, made in the form of a tank with a bottom, characterized in that, in aseptic conditions, it is provided with a placed in the cavity of the cavity cavity, a disk fixed on the rod can be rotated in a vertical plane and made with a center of gravity shifted to its periphery, while the bottom of The zoner is made with holes, and the axis of rotation of the disk is placed between the center of the disk body and its geometric center. (L SLE with C71 CX)

Description

Изобретение относитс к устройствам дл разбрызгивани или распылени жидкостей или других текучих веществ с использованием ультразвуковых колебаний, а именно к устройствам дл распылени химического пеногасител в аппаратах, работающих при соблюдении асептических условий, например в микробиологической, медицинской и других смежных отрасл х промышленности. Известен акустический распылитель, выполненный в виде корпуса с полостью дл распыливающего агента и размещенный по оси резонатор в виде стержн с полостью дл подачи раствора, на котором укреплена распределительна головка, снабженна коллектором с равномерно расположенными по окружности каналами дл выхода раствора навстречу потоку распыливающего агента 1J. Однако данное устройство характеризуетс невозможностью создани тонкого распыла, так как при подаче струи раствора в акустическое поле снизу вверх стру не распадаетс на отдельные капли. Кроме того наличие в конструкции узких каналов и замкнутой полости внутри распределнтель; ной головки затрудн ет ее стерилизацию, т.е. прогрев частей устройства и наход щегос в них газа до высоких температур .(100- 140°G), что сужает область применени данного распылител , например, в микробиологической промыщленности. Известно наиболее близким к предлагаемому вл етс пневмоакустическое распылительное устройство, содержащее вертикально установленный корпус, размещенную внутри него втулку с пропущенным в ней стержнем и закрепленный на стержне резонатор, выполненный в виде емкости с днищем 2. Однако известна конструкци пневмоакустического распылител характеризуетс невысокой надежностью в работе в асептических услови х, например, в аппаратах дл выращивани микроорганизмов, которые не должны попадать в рабочий объем аппарата посторонние микрофлоры. Дл обеспечени асептических условий внутренность аппарата стерилизуетс паром при 100-140°С. При контакте пара с металлическими част ми образуетс конденсат, в котором могут содержатьс посторонние микроорганизмы , попавшие в него с внутренних частей аппарата при образовании и стекании капель. Конденсат удал етс из аппарата через специальные патрубки, но если он задерживаетс в каких-либо плохо прогреваемых нищах и полост х внутри аппарата, то наход щиес в нем посторонние микроорганизмы в процессе выращивани определенной культуры могут попасть в нее и начать развиватьс , в результате чего или резко снизитс выход конечного продукта или вообще не будет получен продукт с заданными свойствами, что приводит к сниже18 нию производительности и экономичности ферментационного оборудовани . Кроме того, конденсат с посторонней микрофлорой скапливаетс в вертикальной полости резонатора и во врем ферментационного процесса в.момент включени устройства стру газа, попада в резонатор, выдувает из него конденсат, который вместе с наход щейс в нем микрофлорой попадает в культуральную жидкость, что может привести к загр знению культуры. Цель изобретени - повыщение надежности работы устройства в асептических услови х. Поставленна цель достигаетс тем, что пневматическое распылительное устройство, содержащее вертикально установленный корпус , размещенную внутри него втулку с пропущенным в ней стержнем и укрепленный на стержне резонатор, выполненный в виде емкости с днище.м, снабжено размещенным в полости емкости резонатора диском, укрепленным на стержне с возможностью поворота в вертикальной плоскости и выполненным со смещенным к его периферии центром т жести , при этом днище резонатора выполнего с отверсти ми, а ось поворота диска размещен между центром т жести диска, и его геометрическим центром. На фиг. 1 изображено пневмоакустическое распылительное устройство; на фиг. 2 - в д резонатора в исходном положении; на фиг. 3 - то же, в рабочем состо нии; на фиг. 4- вид днища резонатора. Пневматическое распылительное устройство содержит вертикально установленный корпус 1, размещенную внутри него втулку 2 с пропущенным в ней стержнем 3 и закрепленный на стержне 3 резонатор, выполненный в виде емкости 4 с днищем 5. Устройство снабжено размещенным в полости емкости 4 резонатора диском 6, закрепленным на стержне 3 с возможностью поворота в вертикальной плоскости, укрепленным на штыре 7 и выполненным со смещенным к его периферии центром т жести, при этом днище 5 резонатора выполнено с отверсти ми 8, а щтырь 7 установлен в отверсти х боковой стенки емкости 4 (не показано ). Ось 00 поворота диска б размещена между центром т жести О, диска на рассто нии t от него и его геометрическим центром Ог. Нижн часть стержн 3 выполнена с участком 9 уменьшенного диаметра с наружной резьбой 10, а в емкости 4 напротив этого участка имеетс внутренн резьба 11. Днище 5 с отверсти ми 8, одновременно навинчиваемое на резьбу 10 и 11 и гайка 12 на участке 9, служат дл жесткого закреплени емкости 4 на стержне 3. Дл обеспечени хорошего стекани капель конденсатаThe invention relates to devices for spraying or spraying liquids or other fluid substances using ultrasonic vibrations, namely, devices for spraying chemical defoaming agents in devices operating under aseptic conditions, for example, in the microbiological, medical and other adjacent industries. An acoustic nebulizer, made in the form of a housing with a cavity for a spraying agent, and an axially arranged cavity in the form of a rod with a cavity for supplying a solution, on which the distribution head is fixed, provided with a collector with evenly spaced circumferential channels for the solution of the spraying agent 1J. However, this device is characterized by the impossibility of creating a fine spray, since when a jet of solution is fed into the acoustic field from the bottom up, the jet does not break up into separate droplets. In addition, the presence in the design of narrow channels and a closed cavity inside the distributor; its head makes it difficult to sterilize, i.e. heating the parts of the device and the gas in them to high temperatures (100-140 ° G), which limits the scope of application of this sprayer, for example, in the microbiological industry. Known closest to the present invention is a pneumo-acoustic spraying device containing a vertically mounted body, a sleeve housed inside it with a rod missed in it and a resonator mounted on the rod, made in the form of a tank with a bottom 2. However, the pneumoacoustic atomizer is known for its low reliability in operation. aseptic conditions, for example, in apparatus for growing microorganisms that should not fall into the working volume of the apparatus microflora. To ensure aseptic conditions, the interior of the apparatus is steam sterilized at 100-140 ° C. When vapor comes into contact with metal parts, condensate is formed, which can contain foreign microorganisms trapped in it from the internal parts of the apparatus when droplets form and drip. Condensate is removed from the apparatus through special nozzles, but if it is retained in any poorly warmed poverty and cavities inside the apparatus, then foreign organisms in it can grow into a particular crop and begin to develop, resulting in the yield of the final product will sharply decrease, or no product with the desired properties will be obtained at all, which leads to a decrease in the productivity and efficiency of the fermentation equipment. In addition, condensate with extraneous microflora accumulates in the vertical cavity of the resonator and during the fermentation process, the moment the device turns on, the gas stream entering the resonator blows condensate out of it, which together with the microflora enters the culture fluid, which can lead to to contaminate the culture. The purpose of the invention is to increase the reliability of the device under aseptic conditions. The goal is achieved by the fact that a pneumatic spraying device containing a vertically mounted housing, a sleeve inside with a rod passed through and a resonator mounted on the rod, made in the form of a tank with a bottom m, is provided with a disk mounted on the rod can be rotated in a vertical plane and made with a center of gravity shifted to its periphery, with the bottom of the resonator made with holes, and the axis of rotation of the disk is placed the center of gravity of the disk, and its geometric center. FIG. 1 shows a pneumatic acoustic spray device; in fig. 2 - in the resonator d in the initial position; in fig. 3 - the same, in working condition; in fig. 4- view of the bottom of the resonator. The pneumatic spraying device contains a vertically mounted body 1, a sleeve 2 inside it with a rod 3 missed in it and a resonator mounted on the rod 3, made in the form of a tank 4 with a bottom 5. The device is equipped with a disk 6 mounted on the rod 4 of the resonator 3 with the possibility of rotation in the vertical plane fixed on the pin 7 and made with the center of gravity displaced to its periphery, the bottom 5 of the resonator being made with openings 8, and the pin 7 installed in the opening and x sidewall container 4 (not shown). The axis 00 of the rotation of the disk b is located between the center of gravity of the disk O at the distance t from it and its geometrical center og. The lower part of the rod 3 is made with a section 9 of reduced diameter with an external thread 10, and in the container 4 opposite to this section there is an internal thread 11. The bottom 5 with holes 8 simultaneously screwed onto the threads 10 and 11 and the nut 12 in section 9 serve rigidly fixing the container 4 on the rod 3. To ensure good drainage of condensate droplets

с поверхности /(нища 5 отверсти 8 выполнены в кольцевой конической выточке.from the surface / (the bottom 5 holes 8 are made in an annular conical undercut.

В центральной части диска 6 выполнено отверстие 13 с диаметром d, большим диаметра di участка 8, но меньшим диаметра d остальной части стержн 3 (). Вследствие этого обеспечиваетс поворот диска б в вертикальной плоскости вокруг горизонтальной оси на острый угол до контакта его внешней поверхности с буртиком 14 на- стержне 3, под действием крут щего момента Gt создаваемого весом G диска 6 относительно оси поворота 00.In the central part of the disk 6, a hole 13 is made with a diameter d, larger than the diameter di of the section 8, but smaller than the diameter d of the rest of the rod 3 (). As a result, the disk b is rotated in a vertical plane around the horizontal axis at an acute angle before its outer surface contacts with the collar 14 on the rod 3, under the action of the torque Gt of the disk 6 created by the weight G with respect to the axis of rotation 00.

Кольцевое пространство 15 между корпусом 1 и втулкой 2 сообщаетс с патрубком 16 подачи химического пеногасител , укрепленного на боковой поверхности корпуса 1, а нижн крыщка 18 корпуса выполнена с отверсти ми 18 дл выхода пеногасител внутрь аппарата 19, на йерхвем фланце 20 которого установлено распылительное устройство .The annular space 15 between the housing 1 and the sleeve 2 communicates with the chemical defoaming agent supply pipe 16 fixed on the side surface of the housing 1, and the lower housing lid 18 is provided with holes 18 for the defoaming agent to exit into the apparatus 19, a spray device is mounted on the top of the flange 20.

Внутренн полость 21 втулки 2 в нижней части выполнена сужающейс и образует со стержнем 3 кольцевое сопло 22, через которое внутрь аппарата 19 в резонатор истекает сжатый газ, поступающий в полость 21 через подвод щий патрубок 23 и отверсти 24 в горизонтальной опоре плите 25 стержн 3, укрепленной в расточке 26 верхней части втулки 3.The inner cavity 21 of the sleeve 2 in the lower part is made tapering and forms with the rod 3 an annular nozzle 22, through which compressed gas flows into the cavity 19 into the cavity 19 and enters the cavity 21 through the inlet 23 and the holes 24 in the horizontal support plate 25 of the rod 3, reinforced in the bore 26 of the upper part of the sleeve 3.

При истечении газа из сопла 22 он воздействует на верхнюю поверхность диска 6 по кольцу, ограниченному его наружным диаметром D и диаметром стержн 3. При этом, дл обеспечени возможности поворЪта диска 6 внутри емкости 4, ее внутренний диаметр DIвыполнен немного больше диаметра D диска (Di D).When gas flows out of the nozzle 22, it acts on the upper surface of the disk 6 around the ring bounded by its outer diameter D and the diameter of the rod 3. At the same time, to ensure the possibility of rotation of the disk 6 inside the vessel 4, its internal diameter DI is slightly larger than the diameter D of the disk (Di D).

Верхн поверхность 6 разделена осью поворота ОО на две неравные площади Si и Sa, причем . При воздействии давление Р струи газа на обе площади возникает неравенство сил давлени и крут щих моментов относительно оси ОО, т.е. Р5г Рд и , где а и Ь - рассто ние соответственно от геометрических центров площадей Sj и 5г до оси поворота ОО. Дл осуществлени автоматического поворота диска 6 в рабочее (горизонтальное) положение при подаче газа через сопло 22 в вертикальную емкость 4 его давление выбирают таким, чтобы суммарный крут щий момент в одном направлении относительно оси ОО был меньше крут щего момента Pi-a в противоположном направлении, т.е. Pi-a - Gt+Pzb.The upper surface 6 is divided by the axis of rotation of the OO into two unequal areas Si and Sa, moreover. When the pressure P of the gas jet is applied to both areas, an inequality of pressure forces and torques relative to the axis of the OO occurs, i.e. Р5г Рд and, where a and b are the distance from the geometric centers of the areas Sj and 5g respectively to the axis of rotation ОО. In order to automatically turn the disk 6 into the working (horizontal) position when gas is supplied through the nozzle 22 to the vertical tank 4, its pressure is chosen such that the total torque in one direction relative to the axis of the OO is less than the torque Pi-a in the opposite direction, those. Pi-a - Gt + Pzb.

Дл фиксации поворота диска 6 в горизонтальном положении служит ограничитель 27, укрепленный на периферии диска 6 со стороны центра т жести Oi и выступающий за его пределы. При повороте ограничитель 27 контактирует с поверхностью кольцевогоTo fix the rotation of the disk 6 in a horizontal position, a stop 27 serves, fixed on the periphery of the disk 6 from the center of gravity Oi and protruding beyond its limits. When turning the limiter 27 is in contact with the surface of the ring

буртика 28, выполненного на внутренней поверхности емкости 4.collar 28 made on the inner surface of the container 4.

Пневмоакустическое распылительное устройство работает следующим образом.Pneumatic acoustic spray device works as follows.

В период подготовки аппарата 19 к процессу выращивани микроорганизмов производ т его тепловую стерилизацию путем подачи пара внутрь аппарата 19. При этом на стенках аппарата 19 и на поверхност х различных устройств, наход щихс внутриDuring the preparation of the apparatus 19 for the process of growing microorganisms, it is heat sterilized by supplying steam into the apparatus 19. At the same time, on the walls of the apparatus 19 and on the surfaces of various devices inside

0 него, в том числе и распылител , образуетс конденсат, скапливающийс в нижней части аппарата.It, including the atomizer, forms condensate that accumulates in the lower part of the apparatus.

В момент проведени стерилизации распылитель находитс в нерабочем положении,At the time of sterilization, the nebulizer is in an idle position,

5 т.е. нет подачи в него сжатого газа и химического пеногасител . При этом диск 6 под действием крут щего момента GE повернут на острый угол л . В таком положении диска 6 образующиес капли конденсата легко скатываютс с его наклонной поверхности5 i.e. there is no supply of compressed gas and chemical defoaming agent to it. In this case, the disk 6 under the action of the torque GE is turned to an acute angle l. In this position of the disk 6, the resulting condensate droplets easily roll off its inclined surface.

0 и вертикальных поверхностей стержн 3 и емкости 4 на днище 5, а с него капли по конической выточке и отверсти 8 падают на дно аппарата 19. Если бы диск 6 резонатора оставалс неподвижным и существовал0 and the vertical surfaces of the rod 3 and the container 4 on the bottom 5, and from it drops along the conical undercut and the hole 8 fall to the bottom of the apparatus 19. If the resonator disk 6 remained stationary and existed

5 только кольцевой зазор между ним и стенкой емкости 4, то больша часть капель конденсата , образующа с на диске 6, задерживалась бы на его горизонтальной noBepxjtJOcти и тем самым не обеспечивалось условие удалени конденсата, который легко проходит через конструкцию резонатора в процессе стерилизации, обеспечива тем самым хороший процесс удалени конденсата.5 only the annular gap between it and the wall of the container 4, then most of the condensate droplets forming on disk 6 would be delayed on its horizontal noBepxjtJOtness, and thus the condition of removing condensate that easily passes through the design of the resonator during the sterilization process is not ensured, thereby the best condensate removal process.

В течение.процесса культивировани микроорганизмов наступают моменты, когда уровень пены, образующийс в результате барботировани сло жидкости газом, достигает критического уровн и во избежание выброса пены, а значит и продукта из аппарата 19 на слой пены через распылительное устройство, подают химический пенога0 ситель. Сигнал на включение и выключение устройства может поступать от контактного датчика уровн пены, чувствительный элемент которого может быть установлен внутри аппарата на критическом уровне.During the cultivation of microorganisms, there are times when the level of foam resulting from bubbling a layer of liquid with gas reaches a critical level and in order to avoid foam release, and hence the product from apparatus 19 onto the layer of foam, a chemical foam is fed through the spray device. The signal to turn the device on and off can come from a foam level contact sensor, a sensitive element of which can be installed inside the device at a critical level.

Дл осуществлени распыла химического To spray chemical

пеногасител одновременно с его подачей через патрубок 16 в кольцевое пространство 15 включают магистраль подвода сжатого газа, св занную через подвод щий патрубок 23 с внутренней полостью 21 втулки 2. Сжатый газ истекает из сопла 22 в кольцевое пространство между стержнем 3 и емкостью 4 и оказывает газодинамическое давление на поворотный диск 6. Под действием суммарного крут щего момента а-Gf-Р ЪAntifoam agent simultaneously with its flow through the nozzle 16 into the annular space 15 includes a compressed gas supply line connected through the inlet nozzle 23 with the internal cavity 21 of the sleeve 2. The compressed gas flows from the nozzle 22 into the annular space between the rod 3 and the container 4 and has a gas-dynamic pressure on the rotary disk 6. Under the action of the total torque a-Gf-P b

диск 6 поворачиваетс в направлении, противоположном направлению действи крут щего момента GEдo упора ограничител 27 в буртик 28. Диск 6 принимает рабочее (горизонтальное ) положение, формиру при этом вместе с внутренней стенкой емкости 4 резонаторную полость. В пространстве между нижней крышкой 17 корпуса распылител и емкостью 4 возникают акустические колебани , энерги которых передаетс капл ми (струйками) химического пеногасител , попадающими в это пространство через отверсти 18, в результате чего происходит диспергирование капель жидкости до размера аэрозольных частиц, которые вывод тс из зоны их образовани в окружающее пространство и на пену отработанным газом . При попадании частиц химического пеногасител на всю поверхность пенного сло происходит быстрое его разрушение и оседание. При опускании пены ниже критического уровн датчик уровн пены выдает сигнал на выключение распылител . the disk 6 rotates in the direction opposite to the direction of the torque GEo of the stop of the limiter 27 into the flange 28. The disk 6 assumes the working (horizontal) position, thus forming together with the inner wall of the container 4 a resonator cavity. Acoustic oscillations occur in the space between the lower lid 17 of the atomizer housing and the capacitance 4, the energy of which is transmitted by droplets (trickles) of the chemical defoamer entering the space through the openings 18, resulting in the dispersion of liquid droplets to the size of aerosol particles, which are removed from their zone of formation into the surrounding space and onto the foam with the exhaust gas. When particles of a chemical defoamer get on the entire surface of the foam layer, its rapid destruction and sedimentation occurs. When lowering the foam below the critical level, the foam level sensor issues a signal to turn off the sprayer.

Предлагаемое выполнение пневмоакустического распылительного устройства .обеспечивает повышение надежности работы устройства в асептических услови х путем исключени в конструкции застойных зон и надежного прогрева и ст илизации всех его полостей. Повышение надежности работы приводит к уменьщению выхода некондиционного продукта, т.е. к повышению производительности оборудовани и экономичности процесса в целом.The proposed implementation of a pneumatic acoustic spray device provides an increase in the reliability of the device operation under aseptic conditions by eliminating stagnant zones in the design and reliable heating and airing of all its cavities. Improving the reliability of work leads to a decrease in the output of an unconditioned product to increase equipment productivity and efficiency of the process as a whole.

Устройство позвол ет резко снизить рас .ход дорогосто щего химического пеногасител в течении всего процесса выращивани микроорганизмов, что не только повышает экономичность процесса, но и приводит к улучшению качества конечного продукта.The device makes it possible to drastically reduce the flow of an expensive chemical antifoam during the whole process of growing microorganisms, which not only increases the cost-effectiveness of the process, but also leads to an improvement in the quality of the final product.

В качестве базового объекта дл сравнени с предлагаемым устройством было вз то устройство дл подачи химического пеногасител при г роизводстве средств защиты растений, представл ющее собой установленный на верхней крышке аппарата вентиль с патрубком, из которого стру химического пеногасител падает на слой пены.As a base object for comparison with the proposed device, a device for supplying a chemical defoamer for the manufacture of plant protection products was taken, which is a valve installed on the upper lid of the apparatus with a pipe from which a stream of chemical defoamer falls on a layer of foam.

При использовании базового объекта при выращивании культуры Вас. thurunqiensis var galleriai в аппарат вместимостью 63 м-3 в течение процесса подаетс 150-160 л пеногасител АС-60. При применении предлагаемого устройства дл того же процесса расход пеногасител АС-60 снижаетс до 30 л, т.е. в 5 раз. Это дает не только большую экономию дорогосто щего химического пеногасител , но одновременно улучшает массообменные характеристики процесса и услови сушки продукта, а также повышает его качество.When using the base object when growing your culture. thurunqiensis var galleriai in the apparatus with a capacity of 63 m-3 during the process is fed 150-160 l of antifoam AC-60. When using the proposed device for the same process, the consumption of an AC-60 antifoam is reduced to 30 liters, i.e. 5 times. This not only provides great savings for an expensive chemical defoaming agent, but at the same time improves the mass transfer characteristics of the process and conditions of drying the product, as well as improves its quality.

Годова экономи потребител дл одного 63 м аппарата при использовании предлагаемого устройства сокращени расхода химического пеногасител составл ет 75700 руб. в год.The annual consumer savings for one 63 m of the apparatus when using the proposed device for reducing the consumption of chemical antifoam agent is 75,700 rubles. in year.

ФиглFig

Claims

A PNEUMO-ACOUSTIC SPRAYING DEVICE, comprising a vertically mounted housing, a sleeve inside it with a rod passed through it and a resonator mounted on the rod, made in the form of a tank with a bottom, characterized in that, in order to increase the reliability of the device under aseptic conditions, it is equipped with cavity cavity resonator disk mounted on the rod with the possibility of rotation in a vertical plane and made with the center of gravity displaced to its periphery, while the bottom is resonant and formed with holes, and the disc rotation axis is disposed between _a center of gravity of the disk and its geometric center. © and <„) 1139518

FIG. 1