УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРООБРАБОТКИ ЖИДКОСТЕЙ Российский патент 1995 года по МПК A23L3/32 C02F1/46 

Изобретение относится к устройствам для электрообработки жидкостей и может быть использовано для обработки молока постоянным электрическим током, а конкретно для предохранения его от скисания или снижения кислотности, что увеличивает срок хранения молока и улучшает его товарное качество.

Известна конструкция устройства для обработки молока постоянным электрическим током, представляющая собой цилиндрический бездиафрагменный электролизер с алюминиевыми электродами [1] Обработка молока происходит в пространстве между коаксиально расположенными цилиндрическими электродами, разделенными электроизоляционными проставками, при этом корпус электролизера образован двумя коаксиальными цилиндрами с общим дном, которые включены как катоды, а двухсторонний анод размещается между ними.

Недостатком такой конструкции электролизера является следующее: загрязнение молока, поскольку образующаяся при анодном растворении алюминия гидроокись беспрепятственно диффундирует в объем обработанного молока;
неэффективное использование габаритного размера, поскольку объем междуэлектродного зазора составляет около 20% от общего.

Известно устройство для очистки воды электрокоагуляцией [2] содержащее корпус, снабженный съемной крышкой, в котором размещен набор установленных друг над другом рабочих электродов, выполненных в форме дисков с центральными отверстиями, патрубки подачи и отвода жидкости, а также средства подвода электрического тока, размещенные вне корпуса. В таком устройстве электрообработка жидкости осуществляется в пространстве между электродами в режиме интенсивного перемешивания, причем очистка воды осуществляется как за счет протекания постоянного электрического тока, так и с участием продуктов анодного растворения материала электродов.

Недостатком такой конструкции устройства для очистки воды является то, что жидкость после электрообработки загрязняется продуктами анодного растворения материала анодов, что нежелательно при обработке пищевых продуктов. Кроме того, данная конструкция сложна в обслуживании, что затрудняет ее техническую эксплуатацию при обработке молока, поскольку в этом случае требуется ежедневная санитарно-гигиеническая обработка всех деталей установки.

Целью изобретения является снижение степени загрязнения обрабатываемой жидкости продуктами анодного растворения материалов анодов и повышение эксплуатационных характеристик устройства для электрообработки жидкостей в режиме электрообработки молока.

Цель достигается тем, что в устройстве для электрообработки жидкостей, преимущественно молока, содержащем корпус со съемной крышкой, в котором размещен набор установленных друг над другом электродов, выполненный в форме анодных и катодных дисков с центральными отверстиями, патрубки подачи и отвода жидкости и средства подвода электрического тока, размещенные вне корпуса, корпус выполнен в форме усеченного конуса из электропроводного материала, аноды и катоды выполнены разного диаметра, катоды имеют на периферии конусные отбортовки, конусность которых равна конусности корпуса, для обеспечения посадки катодов на его внутреннюю поверхность, верхняя поверхность каждого анода выполнена с полупроницаемой диафрагмой из химически инертного материала, а нижняя и боковая поверхности каждого анода покрыты оболочкой с центральным отверстием из электроизолирующего, химически инертного материала, причем высота боковой поверхности оболочки равна толщине анода с полупроницаемой диаграгммой; также для достижения указанной цели анодные диски выполнены с поверхностью, образованной вращением выпуклой кривой вокруг оси симметрии, при этом они установлены выпуклой поверхностью к дну корпуса, а полупроницаемая диафрагма повторяет геометрию вогнутой поверхности анода.

На чертеже представлено продольное сечение устройства для электрообработки жидкостей в сборе.

Устройство содержит корпус 1, выполненный, например, из алюминия в виде усеченного конуса, снабженного крышкой 2, по оси симметрии которого расположен полый трубопровод 3 подачи жидкости, например молока, в верхней части которого расположен кран 4 регулирования расхода молока, а в нижней части узел раздачи 5, выполненный из химически инертного электроизоляционного материала. Внутри корпуса 1 расположены, например, алюминиевые катоды 6, выполненные в виде дисков различного наружного диаметра, снабженных центральными отверстиями 7, которые могут быть как различного диаметра, так и одинаковыми для всего комплекта катодов. На периферии каждого катода 6 выполнены конусные отбортовки 8, конусность которых равна конусности корпуса 1. Благодаря этому, при сборке установки каждый катод 6 попадает на строго определенное место внутри рабочего объема корпуса 1 и, кроме того, обеспечивается надежный электрический контакт катодов 6 с корпусом 1. Кроме катодов 6 в рабочем объеме корпуса 1 расположены, например, алюминиевые аноды 9 разного диаметра,
которые могут быть как различного диаметра, так и одинакового для всего комплекта, выполненные в виде тела вращения, образуемого вращением симметричной выпуклой кривой вокруг оси симметрии. Аноды 9 выполнены в виде дисков с центральными отверстиями, снабженных коническими стенками (частный случай вращения выпуклой кривой вокруг оси симметрии). Выпуклая сторона каждого анода 9 снабжена защитной оболочкой 10 из химически инертного электроизоляционного материала, например из полиэтилена, а верхняя вогнутая сторона каждого анода 9 снабжена полупроницаемой тканевой диафрагмой 11 из химически инертного материала, например, нейлоновой ткани, причем геометрия полупроницаемой диафрагмы 11 повторяет геометрию вогнутой поверхности анода 9. В центре каждого анода 9 выполнены отверстия диаметром, равным наружному диаметру молокопровода 3, выполняющему одновременно и роль токоподвода к анодам 9. Ток к анодам 9 подводится через молокопровод 3 с помощью проставок 12 одинаковой геометрии, которые одновременно служат и для обеспечения требуемого зазора
между анодами 9 и катодами 6. Проставки 12 в простейшем случае представляют собой отрезки металлических, например, алюминиевых трубок 13, защищенных снаружи электроизолирующим слоем пластика 14. Для обеспечения надежного электрического контакта между проставками 12 и анодами 9 центральные отверстия в электроизолирующей оболочке 10 и тканевой диафрагме 11 каждого анода 9 имеют диаметр больший, чем диаметр алюминиевых трубок 13, но меньший, чем наружный диаметр слоя изолирующего пластика 14. Требуемое усилие поджатия проставок 12 к анодам 9 и токоподводу 15, соединенному с положительным полюсом внешнего источника постоянного тока (на фиг. 1 не показан), обеспечивается с помощью прижимной гайки 16, наворачиваемой на верхнюю часть молокопровода 3 при сборке установки. Отрицательный полюс внешнего источника тока соединяется с корпусом 1 с помощью токоподвода 17. Выход обработанного молока из корпуса 1 происходит через выходной штуцер 18, а для слива остатков молока из корпуса 1 после окончания процесса электрообработки служит сливной кран 19, расположенный в нижней части корпуса 1.

Устройство подготавливается к работе следующим образом. В предварительно вымытый в соответствии с санитарными нормами корпус 1, в котором на дне жестко закреплен узел 5 нижней раздачи молока, помещают молокопровод 3, ввинчивая трубку в резьбовое гнездо узла 5. Затем на верхнюю опорную плоскость узла 5 помещают первый анод 9 в сборе с надетой защитной электроизолирующей оболочкой 10 и тканевой диафрагмой 11. Затем на первый анод 9 сверху помещают первую проставку 12, после чего первый анод 9 накрывают первым катодом 6, который имеет наменьший диаметр, что легко определяется визуально. Затем на молокопровод 3 надевают второй анод 9, вторую проставку 12 и накрывают вторым катодом 6 и так далее до последней пары "анод-катод". Для обеспечения надлежащего электрического контакта аноды 9 поджимают к токопроводящим проставкам 12 и к токоподводу 15 с помощью прижимной гайки 16, которая наворачивается на верхнюю часть молокопровода 3, чтобы торцы алюминиевых трубок 13 проставок 12 контактировали с поверхностями анодов 9, которые не защищены
тканевыми диафрагмами 11 и электроизолирующими оболочками 10. В рабочем состоянии слой изолирующего пластика 14, нанесенный на каждую проставку 12, надежно предохраняет алюминиевые трубки 13 от нежелательного анодного растворения. После того как прижимной гайкой 16 токоподвод 15 поджат к проставкам 12 с требуемым усилием, на верхнюю часть молокопровода 3 наворачивают кран 4 регулирования расхода молока, подключаемый к магистрали подачи обрабатываемого молока (на фиг. 1 не показана), выходной штуцер 18 подключают к приемному молокопроводу (на фиг. 1 не показан), а кран 19 закрывают. Токопроводы 15 и 17 подключают к соответствующим полюсам внешнего источника постоянного тока, а корпус 1 накрывают крышкой 2, чтобы в обрабатываемое молоко не попадали посторонние примеси. После этих подготовительных операций установка готова к работе.

Устройство работает следующим образом. На корпус 1, катоды 6 и аноды 9 подают постоянное напряжение требуемой величины и полярности, с помощью крана 4 регулируют скорость подачи молока, чтобы она была пропорциональна силе тока, протекающего через электроды. После крана 4 струя молока по молокопроводу 3 поступает в узел 5 нижней раздачи молока, через отверстия в котором молоко попадает в рабочий объем корпуса 1. Собственно электрообработка молока осуществляется в промежутках между катодами 6 и анодами 9, образующих благодаря отбортовкам 8 систему переточных камер, последовательно сообщающихся друг с другом через зазоры между центральными отверстиями 7 в катодах 6 и наружной поверхностью проставок 12. В процессе электротоковой обработки на незащищенной оболочками 10 поверхности анодов 9 образуется гидроокись алюминия, которая механически задерживается тканевой диафрагмой 11 и собирается на вогнутой поверхности анодов 9 благодаря дополнительному воздействию на частицы
гидроокиси силы тяжести, препятствующей миграции их к катоду. Материал катодов при электрообработке не расходуется, поэтому корпус и катоды могут изготавливаться из любого металла, пригодного к применению в пищевой промышленности. Обработанное молоко после снижения кислотности на требуемую величину сливается через выходной штуцер 18, а остатки молока из корпуса 1 сливаются через кран 19. После окончания обработки требуемого количества молока установка отключается от источника постоянного тока, разбирается в порядке обратном процессу сборки, основные детали установки, в том числе и тканевые диафрагмы 11, имеются в соответствии с санитарно-гигиеническими нормами и сушатся. Для последующей работы установка собирается в описанной выше последовательности.

Заявляемая конструкция позволяет упростить процесс обслуживания устройства, что особенно важно при использовании ее для обработки молока, поскольку все детали, контактирующие с молоком легко демонтируются промываются и монтируются, надежный электрический контакт рабочих электродов с токопроводами обеспечивается, в отличие от прототипа, без сложных креплений. Кроме того, заявляемая конструкция позволяет существенно снизить вынос образующейся в процессе работы гидроокиси алюминия в обрабатываемое молоко по сравнению с прототипом.

Для количественной оценки этого параметра проводились сравнительные испытания по обработке водопроводной воды трех типов моделей установок по электрообработке: 1 с вертикальным расположением алюминиевого анода и алюминиевого катода, без диафрагмы (моделирование аналога); 2 с горизонтальным расположением анода и катода, без диафрагмы (моделирование прототипа); 3 с горизонтальным расположением анода и катода, с использованием защитной оболочки на выпуклой стороне анода и тканевой диафрагмы на его вогнутой стороне. Площадь рабочей поверхности анодов во всех трех случаях составляла ≈60 см², скорость обтекания поверхности электродов в эксперименте составляла не более 10^-2 м/с, плотность тока на электродах не превышала 2 мА/см² при напряжении на электродах равном 8 В. Унос продуктов анодного растворения алюминия регистрировался по разнице процесса анодного травления высушивались для взвешивания без промывки. После первого взвешивания анодов в сборе с диафрагмами проводилась промывка поверхности анодов, защитных изолирующих
оболочек и диафрагм для оценки массы гидроокиси алюминия, удерживаемой рабочей поверхностью анодов. Продолжительность анодного травления выбиралась достаточно длительной (около 10 ч), чтобы убыль массы анодов фиксировалась с приемлемой погрешностью при точности взвешивания ± 5 ˙10^-6 кг. В результате измерений было установлено, что унос продуктов растворения алюминия с поверхности анодов соотносится в среднем для трех рассмотренных случаев как 5: 3:1 соответственно, т.е. на вогнутом аноде с электроизоляционной защитой выпуклой части и тканевой защитой вогнутой рабочей поверхности анода удерживается наибольшее количество гидроокиси алюминия, что можно объяснить положительным действием силы тяжести, охлаждающем частицы гидроокиси алюминия и механическим удержанием этих частиц тканевой диафрагмой. Таким образом, экспериментальная проверка показала, что заявляемая конструкция обладает рядом эксплуатационных преимуществ по сравнению с известными прототипами.

Использование: обработка молока постоянным электрическим током для увеличения срока хранения и улучшения его товарного качества. Сущность изобретения: устройство для электрообработки жидкостей, преимущественно молока, содержит корпус 1 с набором установленных друг над другом электродов. Электроды выполнены в форме анодных 9 и катодных 6 дисков с центральными отверстиями. Корпус выполнен в форме усеченного конуса из электропроводного материала. Аноды и катоды выполнены разного диаметра. Катоды имеют по периферии конусные отбортовки, конусность которых равна конусности корпуса. Верхняя поверхность каждого анода выполнена с полупроницаемой диафрагмой из химически инертного материала. Нижняя и боковая поверхность каждого анода покрыта оболочкой с центральным отверстием из электроизолирующего материала. Высота боковой поверхности оболочки равна толщине анода с полупроницаемой диафрагмой. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРООБРАБОТКИ ЖИДКОСТЕЙ преимущественно молока, содержащее корпус со съемной крышкой, в котором размещен набор установленных друг над другом электродов, выполненных в форме анодных и катодных дисков с центральными отверстиями, патрубки подачи и отвода жидкости и средства подвода электрического тока, размещенные вне корпуса, отличающееся тем, что корпус выполнен в форме усеченного конуса из электропроводного материала, аноды и катоды выполнены разного диаметра, катоды имеют на периферии конусные отбортовки, конусность которых равна конусности корпуса, для обеспечения посадки катодов на его внутреннюю поверхность верхняя поверхность каждого анода выполнена с полупроницаемой диафрагмой из химически инертного материала, а нижняя и боковая поверхность каждого анода покрыта оболочкой с центральным отверстием из электроизолирующего, химически инертного материала, причем высота боковой поверхности оболочки равна толщине анода с полупроницаемой диафрагмой. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что анодные диски выполнены с поверхностью, образованной вращением выпуклой кривой вокруг оси симметрии, при этом они установлены выпуклой поверхностью к дну корпуса, а полупроницаемая диафрагма повторяет геометрию вогнутой поверхности анода.