RU156912U1 - Устройство для газонасыщения жидких сред - Google Patents

Abstract

Устройство для газонасыщения жидких сред, содержащее реактор-смеситель, погружной гомогенизатор, перемешивающее устройство и узел подачи сатурирующего газа, отличающееся тем, что узел подачи газа оборудован воронкой, присоединяемой через уплотнитель к кольцу гомогенизатора, в стенке воронки выполнена перфорация в виде входных отверстий, равномерно расположенных в нижней, суженой части воронки, причем суммарная площадь входных отверстий воронки равна или больше площади выходных отверстий гомогенизатора.

Description

(51) МПК B01F3/04 (2006.01)

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАЗОНАСЫЩЕНИЯ ЖИДКИХ СРЕД

Полезная модель относится к устройствам введения ксенона в жидкости (вода, масло, эмульсии и др. жидкие среды) для усиления и/или создания новых полезных медико-биологических свойств. Устройство пригодно для газонасыщения жидкостей и другими газами, например, для растворения азота в маслах растительного происхождения с целью увеличения сроков хранения. Предлагаемая полезная модель используется для того, чтобы насыщать различные жидкие продукты и средства кислородом, азотом, ксеноном (или ксеноном в сочетании с другими газами) до желаемой степени насыщения. Растворимость ксенона в жидкости зависит от температуры, от давления, от наличия примесей, от мощности гомогенизатора.

Современные исследования свидетельствуют о высокой терапевтической эффективности ксенона (Применение ксенона в медицине. Суслов Н.И., Потапов В.Н., Шписман М.Н. и др., Томск: Изд-во Том. Ун-та, 2009.-300 с.). В практике используется ингаляционный способ введения ксенона в организм человека, либо в чистом виде, либо в смеси с кислородом. Доказаны эффекты ксеноновых ингаляций: анальгетический, спазмолитический, кардиотонический, нейропротекторный, антистрессовый, антигипоксический, иммуностимулирующий, противовоспалительный, анаболический, нейрогуморальный, вазоплегический. Поэтому актуальны разработки других, альтернативных способов доставки ксенона в организм человека, например в составе жидких продуктов. Известно, что ксенон обладает дифильностью, т.е. способен растворяться и в маслах, и в водных растворах. Коэффициент объемной растворимости ксенона в масле - 1,7; в воде - 0,085 (Ксенон в анестезиологии. Буров Н.Е., Потапов В.Н., Макеев Г.Н. Москва, 2000.-356 с.).

Известно множество устройств, работающих на принципах диспергации газов в жидкостях при помощи аэраторов барботажного, разбрызгивающего и каскадного типов. Применяются также диспергаторы роторного и роторно-кавитационного типов. Данные устройства используются, в частности, для оксигенации воды с целью их очистки. В таких устройствах обычно бывают большие потери газов при невысокой эффективности процесса.

Известны устройства для насыщения жидкостей газами при помощи пористых мембран в виде трубок, каналов. Газ поступает по каналам или трубкам в виде мелких пузырьков через пористые стенки камеры, где находится жидкость, которая насыщается этим газом и затем отводится в приемную емкость (RU 2178728).

Известен патент (RU 2452695), пригодный для аэрации жидкости, например, для насыщения водоемов кислородом. В устройстве используется по меньшей мере 2 проточные камеры, оснащенные напорным и выпускным патрубками для жидкости и патрубком для всасывания газа. Недостатком установки является малая эффективность процесса из-за слабой растворимости крупных пузырьков газа. Кроме того, для аэрации пригодны только жидкости с малой вязкостью.

Для увеличения эффективности введения газов в жидкости с широким диапазоном вязкости применяют различные перемешивающие устройства. Известен патент RU №2147295, в котором описано перемешивающее устройство для насыщения жидкости кислородом воздуха, снабженное на внешней и внутренней поверхности спиралевидными лопастями. В результате происходит увеличение площади контакта жидкой и газовой фаз для обеспечения лучшего распределения и растворения газа в жидкости.

Известна установка для введения ксенона в жидкие среды по патенту RU 123685, включающая реактор-смеситель, рамную мешалку и узел подачи ксенона. Для насыщения жидкости ксеноном используется и проточный, и погружной гомогенизатор. Узел подачи ксенона выполнен в виде трубки и размещен в непосредственной близости от входа жидкой среды в проточный гомогенизатор. Указанная выше установка, как наиболее близкая по технической сущности и результату к предлагаемой полезной модели, выбрана в качестве прототипа.

Достоинство проточного гомогенизатора в прототипе заключается в том, что поток жидкости и поданный газ проходят через гомогенизатор и хорошо перемешиваются. Недостаток заключается в том, что можно использовать только жидкости с низкой вязкостью, например молоко, соки, вода. Для прохождения через проточный гомогенизатор жидкостей со средней и высокой вязкостью требуется дополнительный насос для создания высокого давления в системе. Это усложняет конструкцию и приводит к нарушению свойств жидкости.

Погружной гомогенизатор применим для жидкостей с любой степенью вязкости, т.к. предусматривает обработку локальных объемов жидкости. Но это является и недостатком, т.к. при этом подводимый газ не полностью проходит через гомогенизатор. Перемешивающее устройство (рамная мешалка), которая расположена внутри реактора-смесителя, обеспечивает перемешивание только жидкости для ее поступления в рабочую зону гомогенизатора. Под действием погружного гомогенизатора, выбрасывающего жидкость через выходные отверстия, и лопастей рамной мешалки реализуется сложное движение потоков жидкости. Часть пузырьков подаваемого газа не участвует в процессе растворения, а выносится вверх, скапливается над жидкостью и безвозвратно теряется, что нежелательно, особенно для дорогих газов типа ксенона. Это приводит к потере эффективности процесса, требует намного больше времени для достижения требуемого газонасыщения.

Задачей полезной модели является упрощение конструкции установки, уменьшение габаритов, интенсификация процесса газонасыщения и сокращение потерь растворяемого газа.

Задача решается тем, что в устройстве газонасыщения жидкости, содержащем реактор-смеситель, погружной гомогенизатор и перемешивающее устройство, например, рамную мешалку, узел подачи газа оборудован перфорированной воронкой с эффективным углом конусности, присоединяемой к кольцу гомогенизатора. К нижнему концу воронки крепится трубка для подачи газа. Диаметр воронки соответствует диаметру наружного кольца гомогенизатора, и при работе воронка через уплотнитель плотно примыкает к гомогенизатору. Таким образом, из воронки и наружного кольца гомогенизатора формируется единая полость с пониженным давлением, где всасываемая жидкость и подаваемый газ в полном объеме подаются в зону гомогенизации и эффективно перемешиваются между собой.

Заявленное техническое решение изменяет взаимодействие погружного гомогенизатора и подводящей газ трубки таким образом, что в зоне контакта газа и жидкости формируется рабочая зона по типу проточного гомогенизатора. Перфорация в стенке воронки выполнена в виде круглых или вытянутых входных отверстий, равномерно расположенных в нижней, суженой части воронки. Суммарная площадь входных отверстий воронки равна или больше площади входных отверстий гомогенизатора, чтобы обеспечить свободный подсос жидкости без создания значительного разрежения в воронке, которое может снизить эффективность работы гомогенизатора.

Схема устройства для газонасыщения жидких сред приведена на фиг.1. Цифрами обозначены: 1 - верхняя крышка реактора-смесителя; 2 - реактор-смеситель; 3 - погружной гомогенизатор; 4 - кольцо гомогенизатора; 5 - уплотнительное кольцо воронки; 6 - перфорированная воронка; 7 - рамная мешалка; 8 - входные отверстия воронки; 9 - трубка для подачи газа; 10 - выходные отверстия кольца гомогенизатора.

Работа установки осуществляется следующим образом.

Заполняем жидкой средой реактор-смеситель (1), снабженный погружным гомогенизатором (2) с перфорированной воронкой (5). Необходимость в проточном гомогенизаторе отсутствует, что делает установку энергосберегающей и более компактной. Герметично закрываем верхнюю крышку (3). Включаем гомогенизатор и рамную мешалку (7). Начинается поступление жидкости внутрь воронки (5) через входные отверстия (8). Через 1 минуту начинаем подачу ксенона внутрь воронки через регулятор расхода и трубку (6). При этом наблюдается предварительное перемешивание всего подаваемого газа с жидкостью внутри воронки, что ускоряет процесс. Полученная смесь поступает в гомогенизатор, где происходит процесс измельчения пузырьков и эффективное растворение ксенона в жидкости. Через выходные отверстия (10) гомогенизатора выходит жидкость, насыщенная растворенным ксеноном. Рамная мешалка обеспечивает равномерное поступление всего объема жидкости в гомогенизатор, обеспечивая многократную обработку смеси для получения максимального газонасыщения жидкости ксеноном в данных условиях. При этом частично газированная жидкость втягивается в воронку, где получает новую порцию ксенона. Процесс прекращают при появлении на свободной поверхности жидкости пузырьков ксенона.

Работа устройства проверена на лабораторном устройстве емкостью 10 л, включающем погружной гомогенизатор Ultra-Turrax T50 с насадкой S50N и перфорированной воронкой диаметром 50 мм и углом 60⁰ при вершине. При работе установки с ксеноном в тех же условиях, что в прототипе (18 ⁰С, нормальное давление), но с дополнительным устройством подачи газа с помощью перфорированной воронки процесс газонасыщения более эффективен. Через 8,5 мин поверхность воды мутнеет от мелких пузырьков газа, что говорит об окончании процесса. Ротаметр зафиксировал средний расход газа 2,46 мл/сек. Достигнута растворимость ксенона в воде на уровне 125,6+5,02 мл/л, что на 10,2% больше, чем получена в прототипе, при этом непроизводительные потери ксенона практически отсутствуют.

Технический результат - ускорение процесса газонасыщения и уменьшение непроизводительных потерь сатурирующего газа.

Использованная литература:

1 Применение ксенона в медицине. Суслов Н.И., Потапов В.Н., Шписман М.Н. и др., Томск: Изд-во Том. Ун-та, 2009.-300 с.

2 Ксенон в анестезиологии. Буров Н.Е., Потапов В.Н., Макеев Г.Н. Москва, 2000.-356 с.

3 Патент RU №2178728;

4 Патент RU №2452695;

5 Патент RU №2147295;

6 Патент RU №123685 U1 (прототип).

Claims (1)

1. Устройство для газонасыщения жидких сред, содержащее реактор-смеситель, погружной гомогенизатор, перемешивающее устройство и узел подачи сатурирующего газа, отличающееся тем, что узел подачи газа оборудован воронкой, присоединяемой через уплотнитель к кольцу гомогенизатора, в стенке воронки выполнена перфорация в виде входных отверстий, равномерно расположенных в нижней, суженой части воронки, причем суммарная площадь входных отверстий воронки равна или больше площади выходных отверстий гомогенизатора.

   

Images